Development of flexible water splitting photoelectrochemical cells using conductive photocatalytic ink

使用导电光催化墨水开发柔性水分解光电化学电池

• 批准号: 22K19039
• 负责人: 小林 厚志
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19039/
• 关键词: 光触媒; 水分解; インク; 光電極; 色素増感; 疎水性相互作用; 水分解反応; ボトムアップ構築

本研究では伝導性光触媒インクの創出により、簡易成膜により軽く柔軟な水分解光電極の構築を目指して研究を展開中である。研究初年度は「光触媒インクの創出」を第一目標として、色素増感水素生成ナノ粒子光触媒表面に疎水性アルキル基を修飾し、リン脂質からなる球殻状脂質二分子膜（ベシクル）と組み合わせることで、均一に水に分散する光触媒ナノ粒子インクの創出を検討してきた。疎水性ノニル基を修飾したルテニウム色素増感光触媒ナノ粒子RuC9@Pt-TiO2は表面疎水性が高く、水に対してほとんど分散せず、光触媒活性もノニル基を持たない類似系Ru@Pt-TiO2の半分以下と見積もられた。一方、リン脂質（DPPC）からなるベシクル膜へ分散させると、水に対して高分散化し、その集合体のサイズは40nm程度と小さいことが明らかとなった。さらに興味深いことにアスコルビン酸共存下における光水素生成反応活性は、ベシクル膜へ分散させることで3倍以上にも増強され、表面ノニル基がないRu@Pt-TiO2の活性を上回ることがわかった。このベシクル膜共存下における水素生成光触媒活性の向上は、疎水性ノニル基を持たない類似系では全く観測されなかったことから、表面疎水性がベシクル膜との相互作用に必要不可欠であると考えられる。以上の結果は、リン脂質ベシクルが表面疎水性光触媒ナノ粒子の水に対する分散性を著しく向上させ、光触媒活性を大幅に増強していることを実証するものであり、本手法が光触媒ナノ粒子を高い活性を保ちつつ溶媒に対する分散性を向上させ、印刷に適するインク化に有望であることを示すものと考えられる。

在这项研究中，我们正在开发一种导电光催化墨水，旨在通过简单的成膜来构建轻质且灵活的水分解光电极。在第一年的研究中，主要目标是通过用疏水性烷基修饰染料敏化产氢纳米颗粒光催化剂的表面，并将其与由因此，我们一直在研究均匀分散在水中的光催化纳米粒子墨水。疏水性壬基修饰的钌染料敏化光催化纳米颗粒RuC9@Pt-TiO2具有较高的表面疏水性，在水中几乎不分散，并且具有与不具有壬基的Ru@Pt-TiO2相似的光催化活性。超过一半。另一方面，当分散在由磷脂(DPPC)制成的囊泡膜中时，它在水中高度分散，并且聚集体尺寸小至约40nm。更有趣的是，发现通过将抗坏血酸分散到囊泡膜中，共存下的光产氢反应活性增强了三倍以上，超过了表面不具有壬基基团的Ru@Pt-TiO2的活性。在没有疏水性壬基的类似系统中根本没有观察到在囊泡膜存在下产氢光催化活性的这种改善，这表明表面疏水性对于与囊泡膜的相互作用至关重要。上述结果表明，磷脂囊泡显着提高了表面疏水性光催化纳米颗粒在水中的分散性，并显着增强了其光催化活性，这被认为表明它在保持活性的同时提高了在溶剂中的分散性，并且有望用于制造适合印刷的油墨。 。

项目成果

Importance of Electron Mediator Transparency: Photocatalytic Hydrogen Production from Polyoxometalate using Dye‐double‐layered Photocatalysts

电子介体透明度的重要性：使用染料双层光催化剂从多金属氧酸盐光催化制氢

• DOI: 10.1002/cctc.202201386
• 发表时间: 2023
• 期刊: ChemCatChem
• 影响因子: 4.5
• 作者: Yoshimura Nobutaka;Tomita Osamu;Abe Ryu;Yoshida Masaki;Kobayashi Atsushi
• 通讯作者: Kobayashi Atsushi

Hole accepter modification on dye-multilayered semiconductor nanoparticle surface for photocatalytic water reduction

染料多层半导体纳米粒子表面的空穴受体修饰用于光催化减水

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Yoshimura;M. Yoshida;A. Kobayashi
• 通讯作者: A. Kobayashi

Efficient Hydrogen Production by a Photoredox Cascade Catalyst Comprising Dual Photosensitizers and a Transparent Electron Mediator

• DOI: 10.1021/jacs.2c13687
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Journal of the American Chemical Society
• 影响因子: 15
• 作者: Nobutaka Yoshimura;Masaki Yoshida;A. Kobayashi

Zスキーム光触媒連結を目指した分子集積

Z型光催化连接的分子组装

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉村 修隆、;吉田 将己;小林 厚志;A. Kobayashi;小林 厚志
• 通讯作者: 小林 厚志

Efficient water reduction by ruthenium-picolinate dye-sensitized photocatalyst under red light illumination

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.114412
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
• 作者: Taku Shimamura;Nobutaka Yoshimura;Hiroki Otsuka;Masaki Yoshida;A. Kobayashi