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，我们目前正在进行研究，目的是通过创建导电光催化墨水并简单地沉积薄膜来创建轻巧和柔性的光电电极。在研究的第一年中，主要目标是“创建光催化墨水”，并通过在染料敏化的氢生成的纳米粒子光催化剂的表面上修改疏水烷基，可以通过将光定位的纳米粒子与斑点分配在水中（Vers conderers），通过将其与斑点分配在水上（Vers）中，并通过将其与sphers隔开（Ver seperers）进行了研究。磷脂。据估计，用疏水性nonyl组修饰的氟苯二敏化的光催化纳米颗粒小于相似的系统RUC9@PT-TIO2的一半，该系统的表面疏水性很高，几乎不分散在水中，并且没有光催化活性。另一方面，当分散到由磷脂（DPPC）制成的囊泡膜中时，它变得高度分散在水中，并且已经发现组件的大小高达40 nm。更有趣的是，在存在抗坏血酸的情况下，亡光生产反应活性超过三倍以上，超过了囊泡膜中，超过了没有表面nonyl基团的Ru@pt-Tio2的活性。在没有疏水性nonyl基团的类似系统中，根本没有观察到在囊泡膜存在下的氢生成光催化活性的改善，因此认为表面疏水对于与囊泡膜的相互作用至关重要。以上结果表明，磷脂囊泡显着提高了水中疏水光催化纳米颗粒的分散性，并显着增强了光催化活性，并且人们认为，该技术适合于通过维持光催化剂的高活性来提高光疗中的光质分散率，适合于打印的INKS，适用于印刷。

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