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Modification of photocatalysts with ionic liquid polymers for improving the water splitting activity

离子液体聚合物修饰光催化剂以提高水分解活性

基本信息

批准号：
22KF0157
负责人：
堂免一成
金额：
$ 1.41万
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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

再生可能エネルギーを利用した大規模水素製造技術として、粉末光触媒による太陽光水分解反応が研究されている。水分解用光触媒の量子効率を向上させるには、光触媒材料の欠陥密度の低減と表面における逆反応の抑制が必要である。本研究では、可視光応答型非酸化物光触媒に対して表面修飾・後処理を施し、高選択的かつ安定に水を分解可能な可視光応答型光触媒の開発に取り組んでいる。2021年度の研究結果を踏まえ、2022年度はSrTaO2Nの合成条件の抜本的な見直しを継続した。その結果、出発原料から炭酸塩を排し、Ta2O5とSrCl2の混合物をアンモニア気流下で加熱窒化することで、水の完全分解反応に活性なSrTaO2Nを合成できることを見出した。さらに、酸素源として作用するNaOHを添加することで、不純物であるTa3N5の含有量が減り、水分解活性が向上することがわかった。試料を分析したところ、SrTaO2NとTa3N5不純物からなることがわかったが、それぞれの成分は概ね化学量論的組成を有していることが確認された。続いて助触媒の担持法を検討した。従来、酸素生成助触媒として作用するIrO2コロイドは専ら吸着法で担持されていたが、これをマイクロ波加熱法で担持することにより水分解活性が2倍以上向上することがわかった。助触媒担持量及び順序を最適化したところ、IrO2をマイクロ波加熱法で、Ruを含浸・水素還元法で、Cr2O3を光電着法で逐次的に担持した場合に可視光水分解活性は最大となることがわかった。一連の研究成果は学術論文として発表した。

The regeneration process can be used for large-scale water element production, and the research on solar photodecomposition of water by powder photocatalyst can be carried out. It is necessary to improve the quantum efficiency of photocatalyst for water decomposition, reduce the density of photocatalyst material and suppress the inversion. In this study, the development of visible light-responsive non-acid photocatalyst was studied for surface modification, post-treatment, high selectivity, stability, water decomposition and the development of visible light-responsive photocatalyst. In 2021, the results of the study were reviewed, and in 2022, the conditions for the synthesis of SrTaO2N were reviewed. As a result, the raw materials for the development of carbon dioxide are discharged, and the mixture of Ta2O5 and SrCl2 is heated and heated under the condition of gas flow. The complete decomposition of water and the synthesis of active SrTaO2N are also shown. In addition, if NaOH is added as an acid source and serves as an acid source, the content of impurities such as Ta3N5 will be reduced and the water-splitting activity will be increased. Sample analysis: SrTaO2N: Ta3N5 impurity: SrTaO2N: TaO2N: Ta3N5 impurity: SrTaO2N: TaO2N: Ta3N5 impurity: SrTaO2N: TaO2N: Ta3N5 impurity: SrTaO2N: Ta3N5 impurity: SrTaO2N: SrTaO2N: TaO2N: Ta A study on the support method of catalyst The water decomposition activity is more than twice as high as that of the adsorption method and the wave heating method. The support amount and sequence of cocatalysts can be optimized. For example, the IrO2 microwave heating method, the Ru impregnation and water reduction method, and the Cr2O3 photoelectric method can be used to support the visible light water decomposition activity. A series of research results are published in academic papers.