Modification of photocatalysts with ionic liquid polymers for improving the water splitting activity

离子液体聚合物修饰光催化剂以提高水分解活性

基本信息

批准号：
22KF0157
负责人：
堂免一成
金额：
$ 1.41万
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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

再生可能エネルギーを利用した大規模水素製造技術として、粉末光触媒による太陽光水分解反応が研究されている。水分解用光触媒の量子効率を向上させるには、光触媒材料の欠陥密度の低減と表面における逆反応の抑制が必要である。本研究では、可視光応答型非酸化物光触媒に対して表面修飾・後処理を施し、高選択的かつ安定に水を分解可能な可視光応答型光触媒の開発に取り組んでいる。2021年度の研究結果を踏まえ、2022年度はSrTaO2Nの合成条件の抜本的な見直しを継続した。その結果、出発原料から炭酸塩を排し、Ta2O5とSrCl2の混合物をアンモニア気流下で加熱窒化することで、水の完全分解反応に活性なSrTaO2Nを合成できることを見出した。さらに、酸素源として作用するNaOHを添加することで、不純物であるTa3N5の含有量が減り、水分解活性が向上することがわかった。試料を分析したところ、SrTaO2NとTa3N5不純物からなることがわかったが、それぞれの成分は概ね化学量論的組成を有していることが確認された。続いて助触媒の担持法を検討した。従来、酸素生成助触媒として作用するIrO2コロイドは専ら吸着法で担持されていたが、これをマイクロ波加熱法で担持することにより水分解活性が2倍以上向上することがわかった。助触媒担持量及び順序を最適化したところ、IrO2をマイクロ波加熱法で、Ruを含浸・水素還元法で、Cr2O3を光電着法で逐次的に担持した場合に可視光水分解活性は最大となることがわかった。一連の研究成果は学術論文として発表した。

使用粉末光催化剂的太阳能水分解反应正在研究作为利用可再生能源的大规模制氢技术。为了提高光催化水分解的量子效率，需要降低光催化材料的缺陷密度并抑制表面的逆反应。在这项研究中，我们正在开发可见光响应性非氧化物光催化剂，通过对可见光响应性非氧化物光催化剂进行表面改性和后处理，能够实现高选择性和稳定的水分解。基于2021财年的研究成果，我们在2022财年继续对SrTaO2N的合成条件进行了根本性的审查。结果，他们发现在完全水分解反应中具有活性的SrTaO2N可以通过从起始材料中除去碳酸盐并在氨流中加热并氮化Ta2O5和SrCl2的混合物来合成。此外，发现通过添加作为氧源的NaOH，杂质Ta3N5的含量降低，水分解活性提高。对样品的分析表明，它由 SrTaO2N 和 Ta3N5 杂质组成，并证实每种成分都具有大致的化学计量组成。接下来，我们研究了负载助催化剂的方法。传统上，作为产氧助催化剂的IrO2胶体仅通过吸附来支持，但发现通过使用微波加热来支持，水分解活性可以提高一倍以上。在优化助催化剂的负载量和顺序后，我们发现当微波加热负载IrO2、浸渍和氢还原负载Ru、以及光电化学负载负载Cr2O3时，可见光分解水活性最大。一系列研究成果以学术论文形式发表。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Overall Water Splitting by a SrTaO2N-Based Photocatalyst Decorated with an Ir-Promoted Ru-Based Cocatalyst

Ir 促进的 Ru 基助催化剂修饰的 SrTaO2N 基光催化剂的整体水分解

DOI：
10.1021/jacs.2c11025
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
15
作者：
Chen Kaihong;Xiao Jiadong;Vequizo Junie Jhon M.;Hisatomi Takashi;Ma Yiwen;Nakabayashi Mamiko;Takata Tsuyoshi;Yamakata Akira;Shibata Naoya;Domen Kazunari
通讯作者：
Domen Kazunari