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バンド構造制御による水素製造用高効率光触媒

研究報告コード R070000094
整理番号 R070000094
掲載日 2008年4月11日
研究者
  • 葉 金花
研究者所属機関
報告名称 バンド構造制御による水素製造用高効率光触媒
報告概要 冒頭の文書はフランス人作家ジュール・ベルヌが書いた「神秘島物語」の中の言葉である。130年も前の昔に、先人は既にいずれ化石燃料が枯渇する日の到来を予測し、人類が生き延びるためには、石炭以外の燃料が必要と考えた。その代替燃料として、水の構成元素である水素と酸素が果てしもない熱と光の源となりうること、つまり、水は未来の石炭になるであろうと予言した。当然ながら先人は水から水素を造る方法として電気分解しか考えられなかった。21世紀に入った今日、クリーン燃料水素の製造がどの時代にも増して緊急な課題となっている。現在の水素供給は、石油や天然ガスのリフォーミング反応或いは水の電気分解などから賄われているが、いずれの生産過程においても、直接か間接的に温暖化の原因物質である二酸化炭素を発生したり、他のエネルギーを使用するため、クリーンで高効率的な水素の生産技術に関する研究・開発が強く望まれている。光触媒反応は、「本多-藤嶋効果」で知られているように、光によって半導体中に励起された正孔と電子の強い酸化・還元力を利用する反応であり、有機有害化学物質の分解や水分解による水素と酸素を発生することができる。特に光触媒による水分解は植物の光合成のように太陽エネルギーをアップヒル反応によって、直接化学エネルギーに変換する反応であり、最もクリーンな水素製造技術となる可能性を秘めている。しかし、酸化チタンを始めとする既存の光触媒材料はバンドギャップが広い(3.2eV)ため、太陽光の中、約4%しかない紫外光にだけ応答し、太陽光エネルギーの利用が大きく制限される。一方、可視光領域のエネルギー量は全太陽光の約50%にもなる。従って、太陽光エネルギーの変換効率をあげるためには、可視光の光にも触媒活性をもつ光触媒の開発が必要不可欠である。そこで、本研究はバンド構造及び表面ナノ構造の制御を通じ、可視光照射下で水分解できるナノ構造光触媒を構築することを目標にするとともに、キャリアの励起、移動、電荷分離等水分解素過程の制御因子を検討し、水分解による太陽光エネルギーの化学エネルギー変換効率の向上を目指した。
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研究分野
  • 光化学反応
  • ガス化学工業
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(21) Junhu Wang, Zhigang Zou, Jinhua Ye, "Some structural and photophysical properties of two functional double oxides BiMTaO7 (M = Ga and In), J. Alloys Comp., 377, pp. 248-252. 2004
(22) Junwang Tang, Zhigang Zou, Jinhua Ye, "Photophysical and photocatalytic properties of AgInW2O8", J. Phys. Chem. B, 107, pp.14265, 2003.
(23) Jiang Yin, Zhigang Zou, Jinhua Ye, "Photophysical and photocatalytic properties of new photocatalysts MCrO4 (M= Sr, Ba)", Chem. Phys. Letters, 378, pp.24-28, 2003
(24) Jiang Yin, Zhigang Zou, Jinhua Ye, "A novel series of the new visible-light-driven photocatalysts MCo1/3Nb2/3O3 (M=Ca, Sr and Ba) with special electronic structures" , J. Phys. Chem. B, 107, pp.4936-4941, 2003.
(25) 葉 金花,"新規可視光応答型光触媒の研究開発",Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan ,11,pp.444-449,2004.
(26) 葉 金花、「光触媒~基礎・材料開発・応用~」、NTS出版、pp.380-388,2005
(27) 加古哲也、葉 金花、「光触媒~基礎・材料開発・応用~」、NTS出版、pp.690-692,2005
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 さきがけタイプ(旧若手個人研究推進事業を含む)/変換と制御
研究報告資料
  • 葉 金花. バンド構造制御による水素製造用高効率光触媒. シンポジウム2005 環境調和型のエネルギー・物質変換を目指して さきがけタイプ研究報告会 「変換と制御」領域 講演要旨集(第三期研究者)(研究期間2002-2005), 2005. p.19 - 30.

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