革新的複合技術による耐光腐食性光触媒の開発と可視光下での高効率水分解への応用

采用创新复合技术开发抗光腐蚀光催化剂并应用于可见光下高效分解水

基本信息

批准号：
20J20032
负责人：
長川遥輝
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、熱へのエネルギー変換を必要としない廃棄物処理技術として光改質反応の活用を検討した。光改質反応には我々が開発し，新たに構造を明らかにしたCdOx/CdS/SiC複合光触媒を使用した。この光触媒を用いることで本年度の目標であったリグノセルロース系バイオマスやタンパク質、プラスチックなどの有機性廃棄物の分解を伴った水素生成を達成した。光改質反応は反応中間体として考えられている低分子有機物や、実際の有機性廃棄物を添加して擬似太陽光を照射した場合にも進行した。従来の光改質反応では単体の光触媒を用いた反応系のみが提案されていたが、本研究では新たに電子移動が効果的に作用する複合光触媒を用いることで高活性化を達成した。さらに、複合体に含まれるSiCの熱放射特性によって有機性廃棄物の加水分解が促進され、水素生成速度の向上を導いた。最も高い活性を示したPt-CdOx/CdS/SiCを用いてα-セルロースの光改質反応を行うと、380 nmの光照射において反応のAQYが19.6%、420 nmの光照射では2.0%の値が得られた。これは従来報告されていたセルロースの光改質よりも高い活性である。さらに，CdおよびPtフリーの光触媒を光改質反応に応用するため，Znを中心金属とするMOFの一種であるZIF-8を前駆体として用いてCIZS光触媒を作製した。ZnSにドープするCuおよびInはあらかじめZIF-8に導入することで、ZnSに対して導入できた。本手法で作製したCIZSはZIF-8前駆体を用いないソルボサーマル法で作製したCIZSに比べてセルロースの光改質はおいて8.9倍程度の水素生成速度を示した。擬似太陽光下でのα-セルロース分解による水素生成速度は、CdOx/CdS/SiCよりも高い数値を示した。

在这项研究中，我们调查了不需要能量转化供热的光孔形成反应作为废物处理技术。我们使用了复合光催化剂来进行光疗法反应，并新揭示了CDOX/CDS/SIC光催化剂的结构。通过使用该光催化剂，通过有机废物（例如木质纤维素生物量，蛋白质和塑料）的分解来实现氢的产生，这是今年的靶标。当被认为是反应中间体的小分子有机物或实际有机废物添加以用模拟的阳光照射时，光疗法反应也会进展。在常规的光构造反应中，仅提出了使用单个光催化剂的反应系统，但是在这项研究中，通过使用电子传递有效的新的复合光催化剂来实现高激活。此外，复合物中包含的SIC的热辐射特性促进了有机废物的水解，从而导致氢生产率的提高。当使用PT-CDOX/CDS/SIC进行α-纤维素的光坐骨反应（显示最高活性）时，在380 nm的辐照时，反应的液体为19.6％，在420 Nm时照射时反应的液体为2.0％。这比以前报道的纤维素的光疗化更为活跃。此外，为了将无CD和PT的光催化剂施加到光疗法反应中，使用ZIF-8（一种具有Zn的MOF作为中央金属，作为前体的MOF）制备CIZS光催化剂。提前将Cu和掺杂的Zns引入ZIF-8中，以将其引入Zns。使用该方法生产的CIZ与使用溶剂热方法产生的CIZ相比，纤维素的光构成的氢生产速率约为8.9倍，而没有ZIF-8前体。伪阳光下α-纤维素分解引起的氢产量高于cdox/cds/sic。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

MOF前駆体由来の硫化物光触媒を用いた木質バイオマスの光改質による水素生成

使用源自 MOF 前体的硫化物光催化剂通过木质生物质光重整制氢

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Haruki Nagakawa;Morio Nagata
通讯作者：
Morio Nagata

Over All Water Splitting by Anti-Photocorrosive Core-Shell Composite Sulfide Photocatalyst Synthesized via Acid Dissolution Process 

酸溶法合成的抗光腐蚀核壳复合硫化物光催化剂的全水分解

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Haruki Nagakawa;Morio Nagata
通讯作者：
Morio Nagata

Photoreforming of Lignocellulosic Biomass into Hydrogen under Sunlight in the Presence of Thermally Radiative CdS/SiC Composite Photocatalyst

DOI：
10.1021/acsaem.0c02530
发表时间：
2020-12
期刊：
ACS Applied Energy Materials
影响因子：
6.4
作者：
Haruki Nagakawa;Morio Nagata
通讯作者：
Haruki Nagakawa;Morio Nagata

複合光触媒を用いた有機性廃棄物の光改質による水素生成

使用复合光催化剂通过有机废物光重整制氢

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kasuga Tomoaki;Odaka Hirokazu;Hatauchi Kosuke;Takashima Satoshi;Tamba Tsubasa;Aizawa Yuki;Hashiba Soichiro;Bamba Aya;Zhou Yuanhui;Tamagawa Toru;長川遥輝，永田衞男
通讯作者：
長川遥輝，永田衞男

Photoreforming of Lignocellulosic Biomass into Hydrogen Utilizing the Entire Visible Range of Light in the Presence of Composite Photocatalyst

在复合光催化剂存在下利用整个可见光范围将木质纤维素生物质光重整为氢气