Developing Efficient Particulate Semiconductor Photocatalytic Systems for Solar Water Splitting

开发用于太阳能水分解的高效颗粒半导体光催化系统

基本信息

批准号：
19F19336
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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-11-08 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19336/
关键词：
粉末光触媒酸硫化物硫化水素生成可視光助触媒

项目摘要

粉末光触媒を用いて水を水素と酸素に分解する反応は最も基本的なエネルギー変換反応の1つである。本研究では、高効率な太陽光水分解反応の実現に向け、酸硫化物半導体微粒子からなる水素生成用光触媒の改良に取り組んだ。令和元年度は小径のLa5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5（LTCA）光触媒粉末を硫化水素気流下での加熱（硫化法）で合成できることを見出した。本年度は、硫化法で合成したLTCAの後処理による物性の改善と、助触媒担持法の改良を通じた水素生成活性向上について検討を行った。硫黄雰囲気中での加熱処理により、硫化法で合成したLTCAの水素生成活性が7倍近く向上した。その結果、固相法で合成した既存のLTCA関連化合物を上回る水素生成速度が達成された。硫化法による小径化、および後処理による表面の非晶質層の除去が光触媒活性の向上に効果的であったと考えられる。従来の固相法で合成したLTCA光触媒に対して含浸・水素還元法を用いて助触媒を担持し、水素生成活性の向上を図った。水素還元温度と助触媒担持量を最適化した結果、含浸・水素還元法を用いることで従来の光電着法を用いた場合よりも10倍以上高い水素生成速度を達成した。水素生成反応に対する見かけの量子効率は従来のLTCA系材料に比べて6倍以上高くなり、酸硫化物光触媒による水素生成反応の中でも最も高い値となった。XPS分析により、担持された助触媒の化学状態が活性に影響していることがわかった。本研究により、LTCA光触媒の水素生成活性を効果的に向上させる技術が開発された。今後、開発されたLTCAを光触媒シートに応用することで、高効率なZスキーム型水分解反応が実現可能になると期待される。本研究は外国人特別研究員の就職のため、年度途中で期間短縮し終了した。

使用粉末光催化剂将水分解成氢气和氧气的反应是最基本的能量转换反应之一。在这项研究中，我们致力于改进由氧硫化物半导体颗粒制成的产氢光催化剂，旨在实现高效的太阳能水分解反应。 2019年，我们发现可以通过在硫化氢流下加热（硫化法）合成小直径La5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5（LTCA）光催化剂粉末。今年，我们研究了通过后处理提高硫化法合成的LTCA的物理性能，并通过改进助催化剂负载方法提高产氢活性。硫气氛中的热处理使硫化法合成的LTCA的产氢活性提高了近7倍。结果，实现了超过现有通过固相方法合成的LTCA相关化合物的氢生产率。人们认为，通过硫化方法减小直径并通过后处理去除表面的非晶层可有效提高光催化活性。使用浸渍/氢还原方法将助催化剂负载在使用常规固相法合成的LTCA光催化剂上以提高产氢活性。通过优化氢还原温度和助催化剂负载量，浸渍/氢还原方法的氢气产率比传统光电极沉积方法高10倍以上。制氢反应的表观量子效率比传统LTCA基材料高六倍以上，是使用硫氧化物光催化剂制氢反应中最高值。 XPS 分析表明，负载型助催化剂的化学状态影响其活性。通过这项研究，开发了一种有效提高LTCA光催化剂产氢活性的技术。未来，预计通过将开发的LTCA应用于光催化片材，高效的Z型水分解反应将成为可能。由于聘请了外国专门研究人员，该研究周期被缩短并于财年中结束。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Thermal sulfidation preparation of Ga-La5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5 with improved hydrogen evolution activity by post-treatment and co-catalyst loading

通过后处理和负载助催化剂热硫化制备具有提高析氢活性的Ga-La5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Xiao Qi;Zhenhua Pan;久富隆史;高田剛;堂免一成
通讯作者：
堂免一成

Synthesis of Y2Ti2O5S2 by thermal sulfidation for photocatalytic water oxidation and reduction under visible light irradiation

热硫化合成Y2Ti2O5S2用于可见光照射下光催化水氧化还原

DOI：
10.1007/s11164-020-04329-y
发表时间：
2021
期刊：
Research on Chemical Intermediates
影响因子：
3.3
作者：
Pan Zhenhua;Yoshida Hiroaki;Lin Lihua;Xiao Qi;Nakabayashi Mamiko;Shibata Naoya;Takata Tsuyoshi;Hisatomi Takashi;Domen Kazunari
通讯作者：
Domen Kazunari