二酸化炭素の高選択的還元を実現する新規光触媒サイクルの開発

开发新的光催化循环，实现二氧化碳的高选择性还原

• 批准号: 22K05282
• 负责人: 高島 舞
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05282/
• 关键词: 光触媒; 二酸化炭素還元反応; 光強度依存性; 光触媒反応

本研究では二酸化炭素資源化における「光触媒サイクル」すなわち，（a）光触媒上の酸化銀に二酸化炭素を含む気体を流通させることで炭酸銀を形成させ，（b）光触媒反応により炭酸銀を酸化分解させて一酸化炭素と酸素を生成させ，さらに，（c）生じた金属銀を空気中の酸素で熱反応（あるいは光反応，光触媒反応）によって酸化銀に再生させるプロセスの有効性を実証することにより，真に実用化可能な化学プロセスとしての二酸化炭素の資源化法を開発することが目的である．本年度はまず，酸化チタンなどの金属酸化物光触媒上に光析出法ならびに化学還元法により銀助触媒を析出させた光触媒を調製し，一般的な二酸化炭素還元反応系において問題なく反応活性を示すことを確認した．銀助触媒の担持状態を透過型電子顕微鏡で確認したところ，約10 nmの銀粒子が均一に担持されていることがわかった．また，銀の電荷状態をX線光電子分光法により確認したところ，光析出法で担持した場合には1価の銀であることがわかった．しかし，光触媒反応前後において銀のピークが激減したことから担持状態の改善が必要であることが判明した．調製した銀担持光触媒を用い，二酸化炭素還元反応の光強度依存性をしらべたところ，例えば一酸化炭素生成は一次，水素生成は0.5次と生成物によって反応次数が異なることがわかった．これは光強度によって生成物の選択性を変えることができるという，これまでにない新しい知見である．また，反応セルに関し，容積をできるだけ小さくしたガラス製および金属製の反応セルの作製および光学系の選定および導入・構築を行い，気相の二酸化炭素還元反応を行ったところ，光照射により試料の色が紫色に変化し，酸化銀ができたことがうかがえたものの，生成ガスは二酸化炭素と酸素のみであり，残留する水が酸化されている可能性が高いため，次年度では系の脱水等を試みる．

本研究重点关注二氧化碳资源回收中的“光催化循环”，即（a）使含有二氧化碳的气体通过光催化剂上的氧化银形成碳酸银，以及（b）通过光催化剂氧化分解碳酸银。反应产生一氧化碳和氧气，并且，（c）通过证明通过与空气中的氧气发生热反应（或光反应、光催化反应）将所产生的金属银再生为氧化银的过程的有效性，我们将该过程确立为真正实用的化学过程。目的是开发一种回收二氧化碳的方法。今年，我们将首先使用光沉积法和化学还原法制备在氧化钛等金属氧化物光催化剂上沉淀银促进剂的光催化剂，并在一般的二氧化碳还原反应体系中展示出没有问题的反应活性。我证实了这一点。当使用透射电子显微镜确认银促进剂的负载状态时，发现均匀负载了约10nm的银颗粒。此外，当通过X射线光电子能谱法确认银的电荷状态时，发现当通过光沉积法负载时，其为一价银。然而，由于银峰在光催化反应前后急剧下降，因此显然需要改善负载状态。使用制备的银负载光催化剂，我们研究了二氧化碳还原反应的光强度依赖性，发现反应级数根据产物的不同而不同，例如，一氧化碳产量是一级，氢气产量是0.5 -命令。这是一个前所未有的新发现，即可以通过改变光强度来改变产物的选择性。对于反应池，我们制作了体积尽可能小的玻璃和金属反应池，选择、引入并构建了光学系统，并进行了气相二氧化碳还原反应，虽然颜色变成了紫色，表明氧化银已经发生。形成后，产生的气体只有二氧化碳和氧气，剩下的很可能是水被氧化了。

项目成果

光強度依存性解析とディジタルキネティクス～水-酸素反応系における多電子移動反応機構～

光强依赖性分析与数字动力学~水-氧反应体系中的多电子转移反应机理~

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Yamada;N. Takenaka;S. Ko;千田知香,會澤純雄,桑静,平原英俊,熊谷陸駆,木村寛恵,Don N. Futaba;會澤純雄,藤井 奈央子,桑 静,平原英俊;千田知香,熊谷陸駆,會澤純雄,桑静,平原英俊,木村寛恵;高島舞;高島舞;高島舞
• 通讯作者: 高島舞

Photocatalytic Hydrogen Production for Sustainable Energy

光催化制氢促进可持续能源

• 发表时间: 2023
• 作者: Ohtani;B.; Akanda;M. A.; Amalia;F. R.; Takashima;M.
• 通讯作者: M.

Mechanism of multielectron reduction of oxygen in photocatalytic organics decomposition by platinized tungsten(VI) oxide

铂化钨(VI)氧化物光催化有机物分解中氧的多电子还原机理

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Yamada;N. Takenaka;S. Ko;千田知香,會澤純雄,桑静,平原英俊,熊谷陸駆,木村寛恵,Don N. Futaba;會澤純雄,藤井 奈央子,桑 静,平原英俊;千田知香,熊谷陸駆,會澤純雄,桑静,平原英俊,木村寛恵;高島舞;高島舞
• 通讯作者: 高島舞

光触媒反応速度の光強度依存性解析にもとづく反応機構の解明

基于光催化反应速率的光强依赖性分析阐明反应机理

• 发表时间: 2022
• 期刊: 触媒
• 作者: A. Yamada;N. Takenaka;S. Ko;千田知香,會澤純雄,桑静,平原英俊,熊谷陸駆,木村寛恵,Don N. Futaba;會澤純雄,藤井 奈央子,桑 静,平原英俊;千田知香,熊谷陸駆,會澤純雄,桑静,平原英俊,木村寛恵;高島舞
• 通讯作者: 高島舞

不均一系光触媒反応における光強度依存性解析とデジタルキネティクス

非均相光催化反应中的光强度依赖性分析和数字动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Yamada;N. Takenaka;S. Ko;千田知香,會澤純雄,桑静,平原英俊,熊谷陸駆,木村寛恵,Don N. Futaba;會澤純雄,藤井 奈央子,桑 静,平原英俊;千田知香,熊谷陸駆,會澤純雄,桑静,平原英俊,木村寛恵;高島舞;高島舞;高島舞;高島舞
• 通讯作者: 高島舞