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反应作为生产清洁氢气的最终反应而受到关注。通常，在水分解反应中，使用负载微量金属成分的光触媒“体”，该金属成分充当气体发生活性位点，但作为光触媒“体”的成分，使用不含有金属成分的材料。任何金属物种（例如，几乎没有已知的有机化合物（有机化合物）用于水分解反应的例子。今年，我们应用有机聚合物亚硝酸碳（C_3N_4）作为光催化剂的“身体”，并研究了其对水分解反应的光催化活性。这项研究是与 X. Wang 博士和 M. Antonietti 教授（德国马普研究所）的联合研究。 C_3N_4是一种黄色粉末，吸收限约为450 nm。当这种材料负载作为产氢活性位点的铂纳米粒子时，它可以作为稳定的光催化剂，在420 nm或更高的可见光照射下，从含有电子供体（例如甲醇）的水溶液中产生氢。此外，发现当负载氧化钌纳米粒子作为氧产生反应的活性位点时，可以由含有硝酸银作为电子受体的水溶液稳定地产生氧。通过这种方式，我们将有机化合物作为非均相可见光响应光催化剂应用于水分解反应体系，并首次阐明了其有用性。此外，今年，在 T.E. Mallouk 教授（美国宾夕法尼亚州立大学）的实验室中，我们致力于构建一种用于可见光分解水的染料敏化混合光催化系统。结果，他们发现，当铌酸纳米管用作构建块时，可见光照射会导致含有钌络合物（增感染料）和乙二胺四乙酸（给电子试剂）的水溶液产生氢气。该系统的性能比使用传统氧化钛的系统高出10倍以上，使得通过简单的实验操作即可实现高产氢效率。