水の光分解反応を指向した新規可視光応答型光触媒の研究開発

用于水光解反应的新型可见光响应光催化剂的研发

基本信息

批准号：
07J02395
负责人：
前田和彦
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
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-07J02395/
关键词：
光触媒水分解可視光水素製造カーボンナノ粒子

项目摘要

太陽エネルギーと粉末光触媒による水の分解反応は、クリーンな水素を製造するための究極の反応として注目されている。通常、水の分解反応に際しては、光触媒"本体"に気体生成活性サイトとして働く微量の金属成分を担持したものが用いられるが、光触媒"本体"の構成成分として金属種を全く含まない材料(例えば有機化合物)が水の分解反応に用いられた例はほとんど知られていない。本年度は、有機高分子であるカーボンナイトライト(C_3N_4)を光触媒"本体"として適用し、水の分解反応に対する光触媒活性を調べだ。尚、この研究はX.Wang博士、M.Antonietti教授(ドイツMax-Planck研究所)との共同研究である。C_3N_4は、450nm付近に吸収端をもつ黄色の粉末である。この材料に水素生成の活性サイトとして働く白金ナノ粒子を担持すると、420nm以上の可視光照射下でメタノールなどの電子供与剤を含む水溶液から水素を生成する安定な光触媒として機能した。また、酸化ルテニウムのナノ粒子を酸素生成反応の活性サイトとして担持すると、電子受容剤として硝酸銀を含む水溶液から酸素を安定に生成できることがわかった。このように、有機化合物を不均一系の可視光応答型光触媒として水の分解反応系に適用し、その有用性をはじめて明らかとした。また本年度は、T.E.Mallouk教授(米国ペンシルベニア州立大学)の研究室にて、水の可視光分解反応を指向した色素増感ハイブリッド型光触媒系の構築に取り組んだ。その結果、ニオブ酸ナノチューブを構成ブロックとして用いると、可視光照射により、ルテニウム錯体(増感色素)とエチレンジアミン四酢酸(電子供与試薬)を含む水溶液から水素生成が起こることを見出した。この系の性能は、従来の酸化チタンを用いた場合よりも10倍以上高く、簡便な実験操作で高い水素生成効率の達成が可能となった。

使用太阳能和粉末光催化剂的水分解已引起人们的注意，作为产生清洁氢的最终反应。通常，在水分解反应的情况下，光催化剂“主体”受到痕量的金属成分的支持，这些金属成分充当气体产生位点，但是很少有已知的材料示例（例如，有机化合物）（有机化合物）不包含任何金属物种作为光催化剂“主体”的组成部分。今年，我们将将有机聚合物碳二硝基（C_3N_4）作为光催化剂“身体”来研究水分解反应中的光催化活性。这项研究是与X. Wang博士和M. Antonietti教授（德国Max-Planck Institute）的联合研究项目。 C_3N_4是一个黄色粉末，在450 nm附近的吸收边缘。当在该材料上支持充当氢生成活性位点的铂纳米颗粒时，它们起着稳定的光催化剂的作用，从包含电子供体的水溶液中产生氢，例如420 nm或更高的可见光光照射。还已经发现，当将氧化二氮纳米颗粒作为氧气产生反应的活性位点支持时，可以从含有硝酸银作为电子受体的水溶液中稳定生产氧。因此，将有机化合物应用于水分解反应系统作为异质的可见光响应光催化剂，首先揭示其有用性。今年，我们致力于建造染料敏化的混合光催化剂系统，该系统旨在在T.E.教授的实验室中提供水的可见光降解反应。马洛克（美国宾夕法尼亚州立大学）。结果，发现将尼橡胶纳米管用作组成块时，氢的产生是从含有芳基复合物（敏化染料）的水溶液和乙二胺二乙酸乙酸（电子含量）（电子含电子试剂）后的。该系统的具有比常规氧化钛高10倍以上，可以通过简单的实验操作实现高氢的生产效率。