アンモニアの合成／分解を実現する可視光応答型光触媒の開発

开发用于氨合成/分解的可见光响应光催化剂

• 批准号: 16J01289
• 负责人: 平川 裕章
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01289/
• 关键词: 光触媒; 二酸化チタン; 表面酸素欠陥; アンモニア; 窒素固定; 硝酸イオン; 人工光合成

アンモニアをエネルギーキャリアとする水素社会の実現には、1.地球上に豊富に存在する原料からのアンモニア合成、ならびに2.アンモニア分解による水素回収を常温・常圧下で進行させるプロセスが必要である。本研究では、代表的な半導体光触媒である二酸化チタン表面の特殊サイトを利用する独自のアイディアに基づき、上述の反応を実現する光触媒プロセスを開発することを目的とする。平成28年度は、課題1に取り組み、以下の2項目の研究を行った。はじめに、二酸化チタン存在下、純水に窒素ガスを流通させながら紫外光を照射すると、水の酸化と窒素の還元が進行し、常温・常圧下でアンモニアが生成することを見出した。種々の二酸化チタン光触媒による反応実験により、表面酸素欠陥を多く含むルチル二酸化チタンが本反応を効率よく進行させることを明らかにした。本触媒系では、表面酸素欠陥が窒素の吸着サイトおよび励起電子の捕捉サイトとして機能することにより高効率なアンモニア生成を実現できる。また、本反応系での太陽エネルギー変換効率は0.02%であり、比較的効率よくアンモニアが生成することが分かった。この変換効率はこれまで報告された光触媒系の中で最も高い。続いて、二酸化チタンをギ酸水溶液中に懸濁させ紫外光照射すると、排水中に含まれる硝酸イオンを還元してアンモニアを生成できることを明らかにした。一般的な半導体光触媒は、硝酸の五電子還元による窒素生成を優先的に進行させるが、表面酸素欠陥を多量に含む二酸化チタンは硝酸の八電子還元によるアンモニア生成を選択的に進行させることを見出した。通常の半導体光触媒では、還元中間体である亜硝酸イオンが遊離し、これらが合一することにより窒素を生成する。ところが、表面酸素欠陥は亜硝酸を強く吸着することにより遊離を抑制する。このため、合一による窒素生成を抑制し、アンモニアを選択的に生成することを明らかにした。

1. Abundant resources exist on earth, raw materials are synthesized, and 2. Dissociation of water is necessary at room temperature and normal pressure. This study aims to explore the unique characteristics of semiconductor photocatalysts. Heisei 28 year, the first project selected group, the following two projects to conduct research In the presence of acid, pure water can be circulated, ultraviolet light can be irradiated, and acid can be recovered from water at normal temperature and pressure. The reaction of the two acids in the photocatalyst is carried out in the presence of the two acids. The catalyst system has the function of absorbing and exciting electrons due to the deficiency of surface elements, and has the high efficiency and generation of electrons. The efficiency of solar energy conversion in this system is 0.02%, and the efficiency of comparison is 0.02%. The conversion rate is the highest among the photocatalyst systems reported. In the case of acid, it is suspended in an aqueous solution of nitric acid, and it is produced by ultraviolet irradiation. General semiconductor photocatalyst, nitric acid five-electron reduction of the formation of priority, surface acid deficiency, containing diacid, nitric acid eight-electron reduction of the formation of selective process Generally, semiconductor photocatalyst is produced from nitric acid and organic intermediate. The surface element is not adsorbed strongly by nitric acid. This is the first time that the United States has made such a move.

项目成果

Photocatalytic Ammonia Production from Water and Nitrogen on Surface Oxygen Vacancies of Titanium Dioxide

二氧化钛表面氧空位上的水和氮光催化制氨

• 发表时间: 2017
• 作者: Kato;H and Okubo;T;Kato Hayato;Bin Ni; Hayato Kato;Hayato Kato;Hayato Kato; Hirofumi Okoshi;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之;平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之
• 通讯作者: 平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之

酸素欠陥型二酸化チタン光触媒による硝酸イオンからの選択的アンモニア生成

使用缺氧二氧化钛光催化剂从硝酸根离子选择性生产氨

• 发表时间: 2016
• 作者: Kato;H and Okubo;T;Kato Hayato;Bin Ni; Hayato Kato;Hayato Kato;Hayato Kato; Hirofumi Okoshi;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之;平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之;平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之;橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之
• 通讯作者: 橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之

二酸化チタン光触媒の酸素欠陥を反応サイトする硝酸からの選択的アンモニア生成

使用氧空位作为二氧化钛光催化剂中的反应位点从硝酸选择性生产氨

• 发表时间: 2017
• 作者: Kato;H and Okubo;T;Kato Hayato;Bin Ni; Hayato Kato;Hayato Kato;Hayato Kato; Hirofumi Okoshi;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之
• 通讯作者: 橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之

二酸化チタンの酸素欠陥を反応サイトとする水と窒素からのアンモニア合成

利用二氧化钛中的氧空位作为反应位点由水和氮气合成氨

• 发表时间: 2016
• 作者: Kato;H and Okubo;T;Kato Hayato;Bin Ni; Hayato Kato;Hayato Kato;Hayato Kato; Hirofumi Okoshi;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;Hayato Kato; Toshihiro Okubo;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;加藤 隼人;橋本 真樹・平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之;平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之;平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之
• 通讯作者: 平川 裕章・白石 康浩・平井 隆之