Water splitting system based on visible light responsive photocatalysts and carbon-based conductors

基于可见光响应光催化剂和碳基导体的水分解系统

• 批准号: 22KF0160
• 负责人: 堂免 一成
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0160/
• 关键词: 水分解; 水素生成; Zスキーム; 粉末; 半導体; 導電材; 固定化

高効率な太陽エネルギー変換には可視光の利用が不可欠であり、水素生成光触媒と酸素生成光触媒を組み合わせて二段階の光励起を利用するZスキーム系が活発に研究されている。しかし、光触媒間の電荷授受に用いられる導電材やレドックス対が逆反応を起こしやすいため、全体として効率が低下しやすい。また、水分解用光触媒の大規模展開に向けては、シート状への固定化・加工など、応用形態に関しても検討を進める必要がある。本研究課題では、長波長応答型非酸化物光触媒を逆反応に不活性な炭素系導電材と組み合わせる手法や固定化する手法の検討を通じ、大気圧下で高効率かつ安定に水を分解するZスキーム型水分解用光触媒系の開発に取り組んでいる。2022年度は、水素生成光触媒としてSm2Ti2O5S2、酸素生成光触媒としてBiVO4、導電材として各種炭素材を用いるZスキーム系を水中に懸濁させて水分解活性を評価した。炭素系導電材としてMXeneを用いた場合には水分解反応が進行しなかったが、酸化グラフェンやカーボンナノチューブを用いた場合には水分解反応が可視光下で進行した。Zスキーム系の活性はばらつきが大きかったが、試料調製条件を精査することで比較的安定した活性を得られるようになり、Zスキーム系の活性低下要因の一つが炭素系導電材を担持したBiVO4の光触媒活性が低いためであることを突き止めた。続いて、Zスキーム系を基材上に固定したが、水分解活性は懸濁時に比べて数分の1に低下したため、基材への固定化条件や活性低下要因を検討していく必要がある。

High efficiency solar radiation conversion is the key to the utilization of visible light, and the synthesis of water-generating photocatalyst and acid-generating photocatalyst is the key to the utilization of two-stage photoexcitation. The charge transfer between photocatalysts is very low. For the large-scale development of photocatalyst for water decomposition, it is necessary to improve the immobilization, processing and application of photocatalyst. This research topic is about the development of a long wavelength non-acid photocatalyst system for water decomposition, which is characterized by high efficiency, high stability and high pressure. In 2022, the photocatalytic activity of water element generation, Sm2Ti2O 5 S 2, acid element generation, BiVO4, conductive materials and various carbon materials was evaluated. Carbon conductive materials and MXene are used in the case of water decomposition reaction, acidification, water decomposition reaction and visible light. The activity of the carbon system is lower than that of the BiVO4 photocatalyst because of the lower activity of the carbon system conductive material. In addition, it is necessary to investigate the main reasons for the immobilization of the substrate and the decrease in the activity of water decomposition when the substrate is suspended.