Carbon dioxide reduced valuable products synthesis by sunlight and wastewater as energy sources

二氧化碳减少了以阳光和废水为能源的有价值产品的合成

• 批准号: 22KJ0061
• 负责人: 松尾 稜介
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hokkaido 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0061/
• 关键词: 無機-有機ハイブリッドシステム; 二酸化炭素還元有価物合成; 光触媒電極; 複合金属ナノ酸化物半導体ZnO/CuO; バイオ光アノード; 有機物分解

本研究の目的は，太陽光を用いて下水を補助エネルギー源とし，光エネルギーを用いて水を分解し還元力を得る光触媒反応と，その還元力により二酸化炭素還元有価物を合成する微生物反応を統合した無機-有機ハイブリッド二酸化炭素還元有価物合成システムを構築することである．本システムの重要な要素である光触媒電極に関して検討を行った．複合金属ナノ酸化物半導体ZnO/CuOは安価で豊富に存在し，導電性が高く，加工が容易であることから光触媒電極として注目されている．しかし，この材料を水分解反応に供するとき安定性が課題となる．電極は水分解を担うが，この水分解に高いエネルギーが必要になることが原因の一つである．本研究では，この水分解の代わりにエネルギーが低くても反応可能な有機物分解を利用した．光触媒単体では有機物分解を行うことが難しいため，有機物を分解する時に電気を生産する微生物を生物触媒として加えた．また有機物としてモデル反応物の乳酸を用いた．さらに，電極の安定性向上のため，メラミンと電極を共に煆焼し，窒化炭素を表面に付与することを試みた．生物触媒を加えて光を照射した系（バイオ光アノード）は生物触媒を加えた系（バイオアノード）と比較して3.5倍，電極のみの系（非生物アノード）と比較して9倍の水素生成速度を示した．このことから微生物の植菌と光照射が水素生成を促進することが明らかになった．また，バイオ光アノードは2日間安定的な電流生成を示した．これはこれまで数時間オーダーであったZnOベースの非生物光触媒電極と比較して優れた安定性であった．以上の結果は，安定性が課題とされてきたZnOベースの電極の応用可能性を大きく前進させる重要な知見である．

The purpose of this study is to provide a catalyst for the synthesis of organic and inorganic compounds by photodegradation of organic and inorganic compounds, and to provide a catalyst for the synthesis of organic and inorganic compounds. An important element of this system is the photocatalytic electrode. Complex metal oxide semiconductor ZnO/CuO is rich in safety, high in conductivity, easy to process, and easy to process. The problem of stability of the material is that it can be decomposed into water. The electrode is responsible for water decomposition, and the water decomposition is high. In this study, the decomposition of organic matter was studied. Photocatalyst is an organic decomposition process. Organic compounds and lactic acid are used. The stability of the electrode is improved, and the electrode is calcined together, so that the carbon surface is charged. Biocatalyst is added to the light source system (i.e., light source). Light irradiation promotes the production of water element by microorganisms and plants. 2. The stable current generation is shown in the light source. The stability of the ZnO photocatalyst electrode is better than that of the ZnO photocatalyst electrode. The above results show that the stability of ZnO electrode is a problem, and the possibility of its application is very important.

项目成果

光エネルギー駆動型生物-光電気化学ハイブリッドシステムによる水素生成

使用光能驱动的生物光电化学混合系统生产氢气

• 发表时间: 2023
• 作者: 糸入 祐也;松尾 稜介;押木 守;岡部 聡;松尾 稜介，糸入 祐也，髙橋 優樹，渡辺 精一，岡部 聡
• 通讯作者: 松尾 稜介，糸入 祐也，髙橋 優樹，渡辺 精一，岡部 聡