光触媒と合金触媒を正負極とした二酸化炭素の光電気化学還元システムの構築

以光催化剂和合金催化剂为正负极的二氧化碳光电化学还原体系的构建

• 批准号: 17J08863
• 负责人: 吉川 聡一
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08863/
• 关键词: 二酸化炭素の電気化学還元; 銀カソード; オゾン酸化処理; 光アノード; 酸化ガリウム; 合金触媒; 孤立白金種; 赤外分光法

本研究課題の通り，『高効率な光電変換特性を示す光アノード電極』，及び『低い印加電圧でCO2をCOへと還元するカソード電極』を組み合わせたCO2の光電気化学システムの構築を目指している．昨年度までに，（1）酸化ガリウム光電極の表面を希土類種で表面修飾すると，光照射に伴うアノード光電流が増大すること，（2）O3雰囲気下で改質したAgカソードが，競合するH2の生成を抑制し，高いCO生成へのファラデー効率を達成することを見出した．一方で，Agカソード上でのCO2の電気化学還元のオンセット電位は－1.2 V vs. Ag/AgCl (pH = 6.8, 以下も同様)程度であり、Ga2O3系電極の伝導帯準位(－1.1 V vs. Ag/AgCl)では，十分なCO生成へのファラデー効率が得られない．採用第三年度は，CO2の電気化学還元に活性を示すAg電極の更なる過電圧の低減を志向し，O3改質したAgカソードのCO生成活性の制御因子の解明に取り組んだ．Agカソードの改質は，O3雰囲気に暴露したのち，NaHCO3水溶液中で還元処理することで行った．O3雰囲気に暴露したAgカソードの表面には，AgOに由来する回折パターンを示す粉末が形成された．還元後にはこの粉末は消失しており，電極の微小角入射X線回折パターンから，0価のAgへと還元され電極表面に析出したことを明らかにした．一方で，微小角入射X線回折ピークの強度から，改質処理の前後で表面に露出する面が異なっていることが示唆された．Cl-存在下で測定したサイクリックボルタモグラムから，未処理のAgカソードの表面は主として(111)面で構成されるのに対し，表面改質により(111)面に比べて配位不飽和な面が露出していることを明らかにした．以上から，電極表面の露出面を制御し，配位不飽和なAg種を設計できれば，低過電圧域におけるCO生成へのファラデー効率の向上を達成できると考えられる．

This research topic の り, "the high rate of unseen な photoelectric variations in properties を shown す light ア ノ ー ド electrode", and び "low い Inca 圧 で CO2 を CO へ と also yuan す る カ ソ ー ド electrode" を group み close わ せ た CO2 の photoelectric 気 chemical シ ス テ ム の build を refers し て い る. Yesterday's annual ま で に, (1) acidification ガ リ ウ ム light の electrode surface を greek-turkish such kind of で surface modification す る と, light に with う ア ノ ー ド photocurrent が raised large す る こ と, (2) O3 雰 囲 気 で under modified し た Ag カ ソ ー ド が, competition-collaboration す る H2 の を inhibition of し, High <s:1> CO generates へ, ファラデ, and を achieve する, <s:1>, and とを result in た た. On one party で, Ag カ ソ ー ド で の CO2 の electric 気 chemicals also yuan の オ ン セ ッ ト potential は - 1.2 V vs. Ag/AgCl (pH = 6.8, the following も with others) degree で あ り, Ga2O3 electrode の 伝 guide 帯 quasi bit (1.1 V vs. Ag/AgCl) で は, Ten なCO generates へ が ファラデ ファラデ efficiency が to られな られな. USES the third annual は, CO2 の electric 気 chemical also yuan に activity を shown す Ag electrode の more な る CLP 圧 の decrease low を ambition し, O3 modification し た Ag カ ソ ー ド の CO generated active の suppression factor の interpret に group take り ん だ. Ag カ ソ ー ド の modification は, O3 雰 囲 気 に exposed し た の ち, NaHCO3 solution of で also yuan 処 す る こ と で line っ た. O3 雰 囲 気 に exposed し た Ag カ ソ ー ド の surface に は, line に origin す る inflexion パ タ ー ン を す powder が formation in さ れ た. Also after yuan に は こ の powder は disappear し て お り, electrode の small Angle of incidence X-ray inflexion パ タ ー ン か ら, 0 価 の Ag へ と also yuan さ れ に electrode surface precipitation し た こ と を Ming ら か に し た. で a party, the small Angle of incidence X-ray inflexion ピ ー ク の strength か ら, modified 処 で surface before and after Richard の に reveal す る surface が different な っ て い る こ と が in stopping さ れ た. Determination of the presence of Cl - で し た サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ モ グ ラ ム か ら, not 処 Richard の Ag カ ソ ー ド の surface は main と し て (111) surface で constitute さ れ る の に し seaborne, surface modification に よ り (111) surface に than べ て ligand unsaturated な surface が show し て い る こ と を Ming ら か に し た. Above か ら, electrode surface の show surface を royal し, coordination of unsaturated な Ag を design で き れ ば, low CLP 圧 domain に お け る CO generated へ の フ ァ ラ デ ー の を upward working rate reached で き る と exam え ら れ る.

项目成果

CO2の水素化に異なる生成物選択性を示す担持Pt触媒のOperando XAS-DRIFTS観察

负载型 Pt 催化剂的 Operando XAS-DRIFTS 观察结果显示出不同的 CO2 加氢产物选择性

• 发表时间: 2019
• 作者: Kikkawa Soichi;Nakatani Yuto;Teramura Kentaro;Asakura Hiroyuki;Hosokawa Saburo;Tanaka Tsunehiro;吉川聡一，寺村謙太郎，朝倉博行，細川三郎，田中庸裕
• 通讯作者: 吉川聡一，寺村謙太郎，朝倉博行，細川三郎，田中庸裕

Niに囲まれた孤立Pt種上でのCO2の水素化

CO2 在被 Ni 包围的孤立 Pt 物质上氢化

• 发表时间: 2018
• 作者: 吉川聡一,寺村謙太郎;朝倉博行;細川三郎;田中庸裕
• 通讯作者: 田中庸裕

High catalytic activity of isolated Pt atoms of Ni-Pt alloy for CO2 hydrogenation

Ni-Pt合金中孤立的Pt原子对CO2加氢的高催化活性

• 发表时间: 2018
• 作者: Soichi KIKKAWA;Kentaro TERAMURA;Hiroyuki ASAKURA;Saburo HOSOKAWA;Tsunehiro TANAKA
• 通讯作者: Tsunehiro TANAKA

CO2の光還元に活性を示すYb修飾Ga2O3光触媒の光電気化学特性

Yb 修饰的 Ga2O3 光催化剂的光电化学性质显示出 CO2 光还原活性

• 发表时间: 2018
• 作者: 浜元 宏太;平井 到;吉川聡一，寺村謙太郎，朝倉博行，細川三郎，田中庸裕;稲垣健太郎;吉川聡一，寺村謙太郎，朝倉博行，細川三郎，田中庸裕;稲垣健太郎;稲垣健太郎;稲垣健太郎;吉川聡一，中谷優斗，寺村謙太郎，朝倉博行，細川三郎，田中庸裕
• 通讯作者: 吉川聡一，中谷優斗，寺村謙太郎，朝倉博行，細川三郎，田中庸裕

Development of Rh-Doped Ga2O3 Photocatalysts for Reduction of CO2 by H2O as an Electron Donor at a More than 300 nm Wavelength

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04956
• 发表时间: 2018-09-20
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kikkawa, Soichi;Teramura, Kentaro;Tanaka, Tsunehiro
• 通讯作者: Tanaka, Tsunehiro