紫外光・可視光を反応に、赤外光を物質移動に活用する光触媒二酸化炭素改質反応器開発

开发利用紫外光和可见光进行反应以及利用红外光进行传质的光催化二氧化碳重整反应器

• 批准号: 21K04769
• 负责人: 西村 顕
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04769/
• 关键词: 光触媒; CO2改質; 黒体材料; 物質移動促進; 反応促進; CO2還元; 高度光利用

ゾルゲル・ディップコーティング法を用いてP4O10担持光触媒を作製し，SEM，EPMAにより表面性状分析を行った．また，NH3、H2OとCO2のモル比をそれぞれ変更した場合のCO2改質性能評価を行った．さらに光触媒下部に黒体スプレーでCu円板に噴霧して作製した黒体材料を配置し，赤外光吸収を利用した輻射熱で光触媒近傍に自然対流を生じさせて物質移動促進によるCO2改質性能向上を図ることとし，その効果を検証した．得られた知見を以下にまとめる．CO2/H2O系とCO2/NH3系のそれぞれの反応系で紫外光を含む広波長域（UV）条件，CO2/NH3系で広波長域からシャープカットフィルターを用いて紫外光をカットした可視光域以上の照射（VIS）条件，さらに可視光域光をカットした赤外光域光照射（IR）条件において，CO2：H2Oのモル比を変化させ，黒体材料無しと有りで検証した．その結果，UV，VIS，IR共にCO2改質による生成燃料としてCOが得られ，その最高生成濃度はいずれも黒体有り，CO2：NH3＝3：2のモル比条件で得られた．これは，CO2/NH3系の反応スキームより得られたCO生成の理論モル比3：2と一致し，VIS，IR条件下でCOが生成されたことから，本研究で作製したP4O10担持TiO2光触媒が可視光および赤外光に対する応答性を有することが確認できた．また，CO2：NH3＝3：2のCO最高生成濃度で比較すると，黒体材料有りの方が黒体材料無しよりもUVでは51 ppmV，VISでは19 ppmV，IRでは13 ppmV増加した．CO2/NH3系においてCO最高生成濃度でのリアクター内の温度上昇を比較した場合，UVでは3.8 ℃～6.2 ℃，VISでは1.0 ℃～2.9 ℃，IRでは2.0 ℃～3.1 ℃増加した．以上より，黒体材料設置によってCO2改質性能は向上したと言える．

P4O10-supported photocatalyst was used for SEM and EPMA analysis. The CO2 modification performance evaluation was carried out under different conditions, such as NH3, H2O and CO2. The lower part of the photocatalyst is covered with a copper plate, and the copper plate is sprayed with a copper plate. The copper plate is sprayed with a copper plate. CO2/H2O system and CO2/NH3 system have the following characteristics: ultraviolet light (UV) condition, CO2/NH3 system has UV condition, CO2/NH3 system has UV condition, VIS condition, IR condition, CO2: H2O is a black material that has no physical properties. As a result, UV, VIS and IR combined CO2 modification results in the formation of fuel and CO, and the maximum concentration of carbon dioxide produced in the black body has a ratio of CO2: NH3=3:2, and the ratio of carbon dioxide to NH3 is 3:2. The theoretical ratio of CO formation in CO2/NH3 system is 3:2. The CO formation in VIS and IR conditions is consistent with that in CO2/NH3 system. In this study, P4O10 supported TiO2 photocatalyst has been prepared and confirmed to be responsive to visible light and infrared light.また，CO2： NH3=3：2. The maximum CO concentration in the system of CO2/NH3 increases from 3.8 ℃ to 6.2 ℃, VIS increases from 1.0 ℃ to 2.9 ℃, IR increases from 2.0 ℃ to 3.1 ℃. The above is a description of the CO2 modification performance of the black material setting.

项目成果

P4O10/TiO2光触媒がCO2/H2O系，CO2/NH3系のCO2還元特性に及ぼす影響解明

阐明P4O10/TiO2光催化剂对CO2/H2O体系和CO2/NH3体系CO2还原特性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Koizumi Hiromu;Tanabe Makoto;Kambe Tetsuya;Imaoka Takane;Wang-Jae Chun;Yamamoto Kimihisa;堀麟太郎，江 宇帆，檀上博史，谷屋啓太，市橋祐一，西山 覚;前誉，西村顕，羽二生凌，廣田真史
• 通讯作者: 前誉，西村顕，羽二生凌，廣田真史

Impact of Loading Amount of P4O10 on CO2 Reduction Performance of P4O10/TiO2 with H2O Extending Absorption Range from Ultraviolet to Infrared Light

P4O10负载量对P4O10/TiO2与H2O吸收范围从紫外光到红外光的CO2还原性能的影响

• 发表时间: 2022
• 期刊: Physics & Astronomy International Journal
• 作者: Akira Nishimura;Homare Mae;Ryo Hannyu and Eric Hu
• 通讯作者: Ryo Hannyu and Eric Hu

Mass Transfer Promotion by Black Body Material to Improve the CO2 Reduction Performance of TiO2 Photocatalyst

黑体材料促进传质提高TiO2光催化剂的CO2还原性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Takane Imaoka;Akiyoshi Kuzume;Makoto Tanabe;Takamasa Tsukamoto;Tetsuya Kambe;Kimihisa Yamamoto;徳井佑也，井元誠志，熊谷和夫，谷屋啓太，市橋祐一，西山 覚;Akira Nishimura;伊東美咲，永塚実稚，多田昌平，小林芳男，尾形慎，山内紀子;陶山 寛志・林 寛一・舘 秀樹;田辺 真;坂元 敦，島田大樹，堀江孝史，谷屋啓太，市橋祐一，西山 覚;Akira Nishimura
• 通讯作者: Akira Nishimura

Effective Utilization of Wide Range Wavelength of Light Composing Sunlight to Promote CO2 Photocatalytic Reduction Performance

有效利用太阳光的宽范围波长提高CO2光催化还原性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Xu Hang;Yamaguchi Sho;Mitsudome Takato;Mizugaki Tomoo;Akira Nishimura
• 通讯作者: Akira Nishimura

P4O10担持量がCO2/H2O系におけるP4O10/TiO2光触媒のCO2還元性能に及ぼす影響

CO2/H2O体系中P4O10负载量对P4O10/TiO2光催化剂CO2还原性能的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Katsutoshi Sato;Yuto Motoyama;Ayano Ito;Yuichiro Wada;Katsutoshi Nagaoka;神戸 徹也・田辺 真・葛目 陽義・山元 公寿;前誉，西村顕，羽二生凌
• 通讯作者: 前誉，西村顕，羽二生凌