色素増感型ナノシート光触媒による高効率可視光水分解

使用染料敏化纳米片光催化剂进行高效可见光水分解

基本信息

批准号：
22H01862
负责人：
前田和彦
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01862/
关键词：
人工光合成水素製造

项目摘要

膨大な太陽光エネルギーと地球上に豊富な水から水素を作り出すことができれば、再生可能なクリーンエネルギー製造の観点から社会に大きなインパクトを与えると期待できる。そのような太陽光水素製造技術のひとつとして、強い可視光吸収能を有する金属錯体と安定な金属酸化物半導体粉末を組み合わせたハイブリッド型光触媒による、水からの水素生成反応が注目されている。我々はすでに、Pt担持HCa2Nb3O10ナノシートに対して増感色素として[Ru(dmb)2(4,4'-(PO3H2)2bpy)]2+（Ruと表記）を吸着担持したものを水素生成光触媒として用いると、酸素生成用のWO3系光触媒と組み合わせたZスキーム水分解反応において可視光水分解が進行することを見出していた。さらに、Ruの吸着前にPt担持HCa2Nb3O10ナノシートに対してAl2O3修飾を施すと、可視光水分解の効率が飛躍的に高まることを報告していた。2022年度の最大の成果は、このRu/Pt/HCa2Nb3O10に対してアニオン性ポリマーであるポリスチレンスルホン酸（PSS）を担持すると、可視光水分解の効率がさらに高まり、比較的弱い強度の疑似太陽光照射下でも0.12%の太陽光水素エネルギー変換効率を達成したことである。この値は、未修飾体よりも約100倍高い。ペンシルベニア大学のMallouk教授との国際共同研究として行った過渡吸収分光測定により、PSSは水素生成光触媒上で起こる逆電子移動反応を効率的に抑制していることが明らかとなり、結果として正反応である水素生成が促進されることがわかった。この成果はScience Advances誌に発表した。

如果可以从地球上的巨大太阳能和丰富的水中产生氢，则可以从可再生清洁能源生产的角度对社会产生重大影响。一种这样的太阳能氢生产技术正在使用将金属络合物与强大的可见光吸收能力和稳定的金属氧化物半导体粉末结合起来的混合光催化剂来吸引从水发出的氢生产反应。我们已经发现，当[RU（DMB）2（4,4' - （PO3H2）2BPY）] 2+（表示为RU）被用作PT支持的HCA2NB3O10 NanoshEet的敏化染料，作为氢生成的氢发光，与Z-SCOMPONTION在Z-SCHEME DECONTION中的循环相结合，以作为氢的生成反应。一代。此外，据报道，在RU吸附大大提高了可见光浅水分解的效率之前，Al2O3修饰PT支持的HCA2NB3O10纳米片。 2022财年的最大成就是，当支持RU/PT/HCA2NB3O10的阴离子聚合物聚合物磺酸（PSS）时，可见光水分分解的效率得到了进一步提高，从而实现了一个太阳能氢能效率，即使在模拟较弱的弱点相关的较低较弱的较低较弱的较弱的较弱的较弱的差异相关的效率下，也可以实现。该值比未修饰的形式高约100倍。与宾夕法尼亚大学的Mallouk教授进行的国际合作进行了瞬态吸收光谱，显示PSS有效抑制了在氢生成的光催化剂上发生的反向电子转移反应，结果发现氢的产生是积极的反应。结果发表在科学进步中。