色素増感型ナノシート光触媒による高効率可視光水分解

点击翻译按钮获取中文摘要

膨大な太陽光エネルギーと地球上に豊富な水から水素を作り出すことができれば、再生可能なクリーンエネルギー製造の観点から社会に大きなインパクトを与えると期待できる。そのような太陽光水素製造技術のひとつとして、強い可視光吸収能を有する金属錯体と安定な金属酸化物半導体粉末を組み合わせたハイブリッド型光触媒による、水からの水素生成反応が注目されている。我々はすでに、Pt担持HCa2Nb3O10ナノシートに対して増感色素として[Ru(dmb)2(4,4'-(PO3H2)2bpy)]2+（Ruと表記）を吸着担持したものを水素生成光触媒として用いると、酸素生成用のWO3系光触媒と組み合わせたZスキーム水分解反応において可視光水分解が進行することを見出していた。さらに、Ruの吸着前にPt担持HCa2Nb3O10ナノシートに対してAl2O3修飾を施すと、可視光水分解の効率が飛躍的に高まることを報告していた。2022年度の最大の成果は、このRu/Pt/HCa2Nb3O10に対してアニオン性ポリマーであるポリスチレンスルホン酸（PSS）を担持すると、可視光水分解の効率がさらに高まり、比較的弱い強度の疑似太陽光照射下でも0.12%の太陽光水素エネルギー変換効率を達成したことである。この値は、未修飾体よりも約100倍高い。ペンシルベニア大学のMallouk教授との国際共同研究として行った過渡吸収分光測定により、PSSは水素生成光触媒上で起こる逆電子移動反応を効率的に抑制していることが明らかとなり、結果として正反応である水素生成が促進されることがわかった。この成果はScience Advances誌に発表した。