Water splitting system based on visible light responsive photocatalysts and carbon-based conductors

基于可见光响应光催化剂和碳基导体的水分解系统

基本信息

批准号：
22KF0160
负责人：
堂免一成
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0160/
关键词：
水分解水素生成 Zスキーム粉末半導体導電材固定化

项目摘要

高効率な太陽エネルギー変換には可視光の利用が不可欠であり、水素生成光触媒と酸素生成光触媒を組み合わせて二段階の光励起を利用するZスキーム系が活発に研究されている。しかし、光触媒間の電荷授受に用いられる導電材やレドックス対が逆反応を起こしやすいため、全体として効率が低下しやすい。また、水分解用光触媒の大規模展開に向けては、シート状への固定化・加工など、応用形態に関しても検討を進める必要がある。本研究課題では、長波長応答型非酸化物光触媒を逆反応に不活性な炭素系導電材と組み合わせる手法や固定化する手法の検討を通じ、大気圧下で高効率かつ安定に水を分解するZスキーム型水分解用光触媒系の開発に取り組んでいる。2022年度は、水素生成光触媒としてSm2Ti2O5S2、酸素生成光触媒としてBiVO4、導電材として各種炭素材を用いるZスキーム系を水中に懸濁させて水分解活性を評価した。炭素系導電材としてMXeneを用いた場合には水分解反応が進行しなかったが、酸化グラフェンやカーボンナノチューブを用いた場合には水分解反応が可視光下で進行した。Zスキーム系の活性はばらつきが大きかったが、試料調製条件を精査することで比較的安定した活性を得られるようになり、Zスキーム系の活性低下要因の一つが炭素系導電材を担持したBiVO4の光触媒活性が低いためであることを突き止めた。続いて、Zスキーム系を基材上に固定したが、水分解活性は懸濁時に比べて数分の1に低下したため、基材への固定化条件や活性低下要因を検討していく必要がある。

可见光的使用对于高效太阳能转换至关重要，并且通过结合产氢光催化剂和产氧光催化剂来利用两步光激发的Z方案系统正在积极研究。然而，由于用于在光催化剂之间转移电荷的导电材料和氧化还原对往往会引起逆反应，因此整体效率往往会降低。此外，为了大规模部署用于水分解的光催化剂，有必要考虑固定化和加工成片状等应用形式。在这个研究项目中，我们将研究将长波长响应非氧化物光催化剂与对逆反应惰性的碳基导电材料结合和固定的方法。我们正在开发一种方案型光催化系统。水分解。 2022年，我们将使用Sm2Ti2O5S2作为制氢光催化剂、BiVO4作为制氧光催化剂以及各种碳材料作为导电材料的Z型系统悬浮在水中，并评估其水分解活性。当使用MXene作为碳基导电材料时，水分解反应不进行，但当使用氧化石墨烯或碳纳米管时，水分解反应在可见光下进行。 Z-方案系统的活性有很大的变化，但通过仔细检查样品制备条件，可以确定这是由于的光催化活性较低所致。接下来，将Z-scheme系统固定在基底上，但水分解活性降低至悬浮时的一小部分，因此有必要研究固定在基底上的条件以及活性降低的因素。是。