革新的複合技術による耐光腐食性光触媒の開発と可視光下での高効率水分解への応用

采用创新复合技术开发抗光腐蚀光催化剂并应用于可见光下高效分解水

• 批准号: 20J20032
• 负责人: 長川 遥輝
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20032/
• 关键词: 光触媒; 光改質; 水素製造; バイオマス利用; 太陽光利用; 人工光合成; 光エネルギー変換; 水分解

本研究では、熱へのエネルギー変換を必要としない廃棄物処理技術として光改質反応の活用を検討した。光改質反応には我々が開発し，新たに構造を明らかにしたCdOx/CdS/SiC複合光触媒を使用した。この光触媒を用いることで本年度の目標であったリグノセルロース系バイオマスやタンパク質、プラスチックなどの有機性廃棄物の分解を伴った水素生成を達成した。光改質反応は反応中間体として考えられている低分子有機物や、実際の有機性廃棄物を添加して擬似太陽光を照射した場合にも進行した。従来の光改質反応では単体の光触媒を用いた反応系のみが提案されていたが、本研究では新たに電子移動が効果的に作用する複合光触媒を用いることで高活性化を達成した。さらに、複合体に含まれるSiCの熱放射特性によって有機性廃棄物の加水分解が促進され、水素生成速度の向上を導いた。最も高い活性を示したPt-CdOx/CdS/SiCを用いてα-セルロースの光改質反応を行うと、380 nmの光照射において反応のAQYが19.6%、420 nmの光照射では2.0%の値が得られた。これは従来報告されていたセルロースの光改質よりも高い活性である。さらに，CdおよびPtフリーの光触媒を光改質反応に応用するため，Znを中心金属とするMOFの一種であるZIF-8を前駆体として用いてCIZS光触媒を作製した。ZnSにドープするCuおよびInはあらかじめZIF-8に導入することで、ZnSに対して導入できた。本手法で作製したCIZSはZIF-8前駆体を用いないソルボサーマル法で作製したCIZSに比べてセルロースの光改質はおいて8.9倍程度の水素生成速度を示した。擬似太陽光下でのα-セルロース分解による水素生成速度は、CdOx/CdS/SiCよりも高い数値を示した。

In this study, we discuss the necessity of heat treatment and the application of light modification technology. Photo-modified photocatalyst has been developed and new structures have been developed. CdOx/CdS/SiC composite photocatalyst has been used since then. This year's goal is to achieve the decomposition of organic wastes and the generation of water. Light modification of the reaction medium and low molecular weight organic matter, and in fact organic waste, such as sunlight irradiation In the past, the photo-modified photocatalyst was used as a single photocatalyst. In this study, the electron movement was used as a result of the high activity of the composite photocatalyst. In addition, the thermal emission characteristics of SiC contained in the complex promote the hydrolysis of organic wastes and the upward induction of water element formation rate. Pt-CdOx/CdS/SiC has the highest activity. The AQY of α-CdO2/CdS/SiC is 19.6% under 380 nm light irradiation and 2.0% under 420 nm light irradiation. This is the first time that I have ever seen such a person. A kind of precursor of Cd and Pt photocatalyst ZIF-8 is introduced into the ZnS system. This method is 8.9 times faster than CIZS's light-modified ZIF-8 precursor. Under simulated sunlight, the rate of formation of water element in α-CdS/SiC is higher than that in CdO/CdS/SiC.

项目成果

MOF前駆体由来の硫化物光触媒を用いた木質バイオマスの光改質による水素生成

使用源自 MOF 前体的硫化物光催化剂通过木质生物质光重整制氢

• 发表时间: 2021
• 作者: Haruki Nagakawa;Morio Nagata
• 通讯作者: Morio Nagata

Over All Water Splitting by Anti-Photocorrosive Core-Shell Composite Sulfide Photocatalyst Synthesized via Acid Dissolution Process 

酸溶法合成的抗光腐蚀核壳复合硫化物光催化剂的全水分解

• 发表时间: 2020
• 作者: Haruki Nagakawa;Morio Nagata
• 通讯作者: Morio Nagata

Photoreforming of Lignocellulosic Biomass into Hydrogen Utilizing the Entire Visible Range of Light in the Presence of Composite Photocatalyst

在复合光催化剂存在下利用整个可见光范围将木质纤维素生物质光重整为氢气

• 发表时间: 2021
• 作者: 大久保祐里，桑田啓子，松林嘉克;長川遥輝，永田衞男
• 通讯作者: 長川遥輝，永田衞男

複合光触媒を用いた有機性廃棄物の光改質による水素生成

使用复合光催化剂通过有机废物光重整制氢

• 发表时间: 2021
• 作者: Kasuga Tomoaki;Odaka Hirokazu;Hatauchi Kosuke;Takashima Satoshi;Tamba Tsubasa;Aizawa Yuki;Hashiba Soichiro;Bamba Aya;Zhou Yuanhui;Tamagawa Toru;長川遥輝，永田衞男
• 通讯作者: 長川遥輝，永田衞男

Photoreforming of Lignocellulosic Biomass into Hydrogen under Sunlight in the Presence of Thermally Radiative CdS/SiC Composite Photocatalyst

• DOI: 10.1021/acsaem.0c02530
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: ACS Applied Energy Materials
• 影响因子: 6.4
• 作者: Haruki Nagakawa;Morio Nagata