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

使用染料敏化纳米片光催化剂进行高效可见光水分解

• 批准号: 22H01862
• 负责人: 前田 和彦
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01862/
• 关键词: 人工光合成; 水素製造

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。

The sun's rays expand and the earth's water is abundant. The water element is produced. The regeneration is possible. The production is possible. The society is expected to grow. In the process of manufacturing solar photocatalysts, there is a strong visible light absorption energy, a metal complex, a stable metal oxide semiconductor powder, a combination of a solar photocatalyst, and a reaction to the formation of water. In addition, Pt supports HCa2Nb3O10, which is a sensitive pigment, and Ru(dmb)2(4,4'-(PO3H2)2bpy) 2+(Ru) is a sorption support for the formation of a water-based photocatalyst. In addition, Pt support HCa2Nb3O10 can be used for Al2O3 modification before Ru adsorption, and the efficiency of visible light water decomposition can be improved. The largest achievement in 2022 was the support of Ru/Pt/HCa2Nb3O10 for the properties of Ru/Pt/HCa2Nb3O10, the high visible photolysis efficiency, and the achievement of 0.12% solar photolysis efficiency under relatively weak intensity and suspected sunlight irradiation. The height of this value is about 100 times higher than that of the unmodified body. Professor Mallouk of the University of Chicago and the International Joint Research Institute conducted a study on the inhibition of water element formation on photocatalysts. The results of this work are presented in Science Advances.

项目成果

University of Pennsylvania(米国)

宾夕法尼亚大学（美国）