可視光応答型薄膜状光触媒を用いたタンデム型太陽電池の開発

使用可见光响应薄膜光催化剂开发串联太阳能电池

• 批准号: 07F07413
• 负责人: 楠元 芳文
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kagoshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07F07413/
• 关键词: 可視光応答型光触媒; 太陽電池; 水素; ナノ粒子; ドーピング; 大量化学合成; 触媒・化学プロセス; タンデム型; 薄膜; レーザーアブレーション法

高活性な可視光応答型光触媒の開発をめざして、硫化物の新規合成を精力的に推進した。大量の合成が可能な,大気中でのチオシアン酸亜鉛の熱分解という新しい方法を用いて,階層状で細孔を調節できる様々な形態(マクロ球状型,タンポポ型,ナノチューブ型など)を有する硫化亜鉛(ZnS)を発見し,それらの特性について,最新の表面分析手法を駆使して調べた結果,窒素と炭素をZnS中に取り込んだ触媒が生成しており,可視光応答型になることを見いだすと共に、生成機構も解明しアメリカ化学会の雑誌に公表した。ZnSそのものは,紫外光(約400nm以下の光)しか吸収しない。しかし,太陽光には紫外光はわずか数%しか含まれていないので,このままでは,効率が悪いので,可視光(波長が約400nm以上の目に見える光)化することが求められている。発見した光触媒は,可視光下で高い有機物分解活性を示すと共に,助触媒を併用することなく可視光照射下で水から水素を発生させる高い活性があることを明らかにした。同様な手法を拡張して、ミネラルを活用した、形態を制御できる硫化カドミウムの大量合成に成功し、水から水素を生成できる高い活性があることを明らかにすると共に、生成機構も解明し、アメリカ化学会の雑誌に公表した。銅は酸化されやすいが、酸化されない状態で銅ナノ粒子を調製する合成法を初めて開発し、国際誌に公表した。室温でレーザーを用いて作った酸化鉄(いわゆる鉄の赤さび)薄膜をさらに最適の温度で電気炉で焼いたものを使用して太陽電池を作製すると、その性能が著しく向上することを発見し、国際誌に公表した。本研究で新しく発見・開発した光触媒や金属ナノ粒子の太陽電池や水素発生系の材料としての評価や改良,課題等について引き続き研究を行っており、タンデム型太陽電池の開発に向けて努力を傾注しているところである。

以开发高活性可见光响应光催化剂为目标，大力推进硫化物新合成。利用硫氰酸锌在大气中热分解的新方法，可以大量合成，产生具有分级和可调孔的各种形态（大球状、蒲公英状、纳米管状等）的硫化物和发现的锌（ZnS）。通过使用最新的表面分析方法研究这些特性，我们发现形成了一种将氮和碳掺入 ZnS 中的催化剂，并且它对可见光有响应。我们还阐明了其形成机制，该结果发表在美国化学会杂志。 ZnS 本身仅吸收紫外光（约 400 nm 以下的光）。然而，由于太阳光只含有百分之几的紫外线，如果直接放着，其效率很低，因此需要将其转换为可见光（波长约为400纳米以上的可见光）。所发现的光催化剂在可见光下表现出高有机物分解活性，并且还表明其在不使用助催化剂的情况下在可见光照射下具有由水产生氢的高活性。他们通过扩展类似的方法，成功地利用矿物合成了大量形态可控制的硫化镉，并揭示了其具有从水中制氢的高活性，并阐明了其生产机理，并发表在《自然》杂志上。化学学会。铜很容易被氧化，但我们开发了第一个在未氧化状态下制备铜纳米颗粒的合成方法，并将其发表在国际期刊上。他们发现，如果太阳能电池采用氧化铁薄膜（所谓的铁锈）制成，该薄膜是在室温下使用激光制成的，然后在电炉中以最佳温度烘烤，则太阳能电池的性能可以显着提高。发表在国际杂志上。我们将继续对本研究中新发现和开发的光催化剂和金属纳米颗粒作为太阳能电池和制氢系统材料的评估、改进和挑战进行研究，并集中精力开发串联太阳能电池。我正在做。

项目成果

Synthesis of N, C Codoped Hierarchical Porous Microsphere ZnS As a Visible Light-Responsive Photocatalyst

• DOI: 10.1021/jp904253u
• 发表时间: 2009-08
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: M. Muruganandham;Y. Kusumoto

Simple new synthesis of copper nanoparticles in water/acetonitrile mixed solvent and their characterization

• DOI: 10.1016/j.matlet.2009.06.037
• 发表时间: 2009-09-30
• 期刊: MATERIALS LETTERS
• 影响因子: 3
• 作者: Abdulla-Al-Mamun, Md.;Kusumoto, Yoshihumi;Muruganandham, Manickavachagam
• 通讯作者: Muruganandham, Manickavachagam

Mineralizer-Assisted Shape-Controlled Synthesis, Characterization, and Photocatalytic Evaluation of CdS Microcrystals

• DOI: 10.1021/jp9064714
• 发表时间: 2009-10
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: M. Muruganandham;Y. Kusumoto;Chiyo Okamoto;A. Muruganandham;M. Abdulla-Al-Mamun;B. Ahmmad

Photothermal and Photocatalytic Cell-killing Effect of Au Colloidal Nanoparticles and Au-capped TiO_2 Nanocomposite Photocatalysts on HeLa Cell

Au胶体纳米粒子和Au封端的TiO_2纳米复合光催化剂对HeLa细胞的光热和光催化细胞杀伤作用

• 发表时间: 2009
• 作者: 一瀬勇規;ら;白石友紀;Md.Abdulla-Al-Mamun;Manickavachagam Muruganandham;Shouichi Somekawa;Manickavachagam Muruganandham;M. Muruganandham;Yoshihumi Kusumoto
• 通讯作者: Yoshihumi Kusumoto

Synthsis, Characterization and Photocatalytic Hydrogen Production of Metal Doped CdS Tubular Tower under Visible Light Irradition

可见光照射下金属掺杂CdS管式塔的合成、表征及光催化制氢

• 发表时间: 2009
• 期刊: WASET (World Academy of Science, Engineering and Technology) website Procedings 39
• 作者: 一瀬勇規;ら;白石友紀;Md.Abdulla-Al-Mamun;Manickavachagam Muruganandham;Shouichi Somekawa;Manickavachagam Muruganandham;M. Muruganandham
• 通讯作者: M. Muruganandham