Development of flexible water splitting photoelectrochemical cells using conductive photocatalytic ink

使用导电光催化墨水开发柔性水分解光电化学电池

• 批准号: 22K19039
• 负责人: 小林 厚志
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19039/
• 关键词: 光触媒; 水分解; インク; 光電極; 色素増感; 疎水性相互作用; 水分解反応; ボトムアップ構築

本研究では伝導性光触媒インクの創出により、簡易成膜により軽く柔軟な水分解光電極の構築を目指して研究を展開中である。研究初年度は「光触媒インクの創出」を第一目標として、色素増感水素生成ナノ粒子光触媒表面に疎水性アルキル基を修飾し、リン脂質からなる球殻状脂質二分子膜（ベシクル）と組み合わせることで、均一に水に分散する光触媒ナノ粒子インクの創出を検討してきた。疎水性ノニル基を修飾したルテニウム色素増感光触媒ナノ粒子RuC9@Pt-TiO2は表面疎水性が高く、水に対してほとんど分散せず、光触媒活性もノニル基を持たない類似系Ru@Pt-TiO2の半分以下と見積もられた。一方、リン脂質（DPPC）からなるベシクル膜へ分散させると、水に対して高分散化し、その集合体のサイズは40nm程度と小さいことが明らかとなった。さらに興味深いことにアスコルビン酸共存下における光水素生成反応活性は、ベシクル膜へ分散させることで3倍以上にも増強され、表面ノニル基がないRu@Pt-TiO2の活性を上回ることがわかった。このベシクル膜共存下における水素生成光触媒活性の向上は、疎水性ノニル基を持たない類似系では全く観測されなかったことから、表面疎水性がベシクル膜との相互作用に必要不可欠であると考えられる。以上の結果は、リン脂質ベシクルが表面疎水性光触媒ナノ粒子の水に対する分散性を著しく向上させ、光触媒活性を大幅に増強していることを実証するものであり、本手法が光触媒ナノ粒子を高い活性を保ちつつ溶媒に対する分散性を向上させ、印刷に適するインク化に有望であることを示すものと考えられる。

This study で は 伝 conductivity photocatalytic イ ン ク の hit に よ り, easy film に よ り 軽 く な soft water decomposition light electrode の build を refers し て in study を started で あ る. Early research annual は "light catalyst イ ン ク の hit" を first target と し て, pigment raised water element generated ナ ノ particle photocatalytic surface に 疎 water-based ア ル キ ル を modified し, リ ン lipid か ら な る ball shell of lipid second molecular membrane (ベ シ ク ル) と group み close わ せ る こ と で, に に water uniformly dispersed す る photocatalytic ナ ノ particle イ ン ク の hit を beg し 検 て き た . 疎 water-based ノ ニ ル base を modified し た ル テ ニ ウ rights ム pigment photosensitive accelerant ナ ノ RuC9 @ Pt - TiO2 particles は surface 疎 high water-based が く, water に し seaborne て ほ と ん ど scattered せ ず, photocatalytic activity も ノ ニ ル base を hold た な い similar series Ru @ Pt - TiO2 の と see product under half も ら れ た. Party, リ ン lipid (DPPC) か ら な る ベ シ ク ル membrane へ scattered さ せ る と, water に し seaborne て high decentralization し, そ の aggregate の サ イ ズ は 40 nm level と small さ い こ と が Ming ら か と な っ た. さ ら に tumblers deep い こ と に ア ス コ ル ビ ン acid under the coexistence に お け る light water element to generate the 応 active は, ベ シ ク ル membrane へ scattered さ せ る こ と 3 times で に も raised strong さ れ, surface ノ ニ ル base が な い Ru @ Pt - TiO2 の active を last る こ と が わ か っ た. こ の ベ シ ク ル membrane under the coexistence に お け る water element generated photocatalytic activity の は upward, water-based 疎 ノ ニ ル base を hold た な い similar department で は full く 観 measuring さ れ な か っ た こ と か ら, water surface 疎 が ベ シ ク ル membrane と の interaction に need not owe で あ る と exam え ら れ る. の above results は, リ ン lipid ベ シ ク ル 疎 が surface water photocatalytic ナ ノ particle の water に す seaborne る dispersion を the し く upward さ せ, photocatalytic activity を に sharply raised strong し て い る こ と を card be す る も の で あ り, this technique が photocatalytic ナ ノ particle を high い activity を bartender ち つ つ solvent に す seaborne る dispersion を upward さ せ, printing に optimum す る イ ン ク Youdaoplaceholder0 is expected to show である す とを とを to す と と to えられる.

项目成果

Importance of Electron Mediator Transparency: Photocatalytic Hydrogen Production from Polyoxometalate using Dye‐double‐layered Photocatalysts

电子介体透明度的重要性：使用染料双层光催化剂从多金属氧酸盐光催化制氢

• DOI: 10.1002/cctc.202201386
• 发表时间: 2023
• 期刊: ChemCatChem
• 影响因子: 4.5
• 作者: Yoshimura Nobutaka;Tomita Osamu;Abe Ryu;Yoshida Masaki;Kobayashi Atsushi
• 通讯作者: Kobayashi Atsushi

Hole accepter modification on dye-multilayered semiconductor nanoparticle surface for photocatalytic water reduction

染料多层半导体纳米粒子表面的空穴受体修饰用于光催化减水

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Yoshimura;M. Yoshida;A. Kobayashi
• 通讯作者: A. Kobayashi

Zスキーム光触媒連結を目指した分子集積

Z型光催化连接的分子组装

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉村 修隆、;吉田 将己;小林 厚志;A. Kobayashi;小林 厚志
• 通讯作者: 小林 厚志

Efficient Hydrogen Production by a Photoredox Cascade Catalyst Comprising Dual Photosensitizers and a Transparent Electron Mediator

• DOI: 10.1021/jacs.2c13687
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Journal of the American Chemical Society
• 影响因子: 15
• 作者: Nobutaka Yoshimura;Masaki Yoshida;A. Kobayashi

Efficient water reduction by ruthenium-picolinate dye-sensitized photocatalyst under red light illumination

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.114412
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
• 作者: Taku Shimamura;Nobutaka Yoshimura;Hiroki Otsuka;Masaki Yoshida;A. Kobayashi