太陽光と海水からグリーン水素を発生する非貴金属系の光触媒を開発！

共同通信PRワイヤー / 2024年9月9日 14時0分

～酸化チタン光触媒へのTi3+の安定的導入と高表面積化を両立させる新技術～

2024年9月9日

　光と海水による水素生成は、光触媒の劣化や活性不足という課題がありました。都産技研（地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター）は、慶應義塾大学およびフォトジェン株式会社と共同で、酸化チタンの格子内にTi3+を安定的に増加させる技術を開発しました。このTi3+を多く含む酸化チタンは、太陽光への応答や水素生成能が大きく改善されます。さらに、海水分解時に極微量のエタノールを添加することで、相乗効果によって海水分解性能の向上につながることを見出しました。この成果は、持続可能な水素社会を実現するための技術開発に向けた一歩となります。

開発のポイント

●酸素欠損酸化チタンを、エタノール溶媒中で直径0.3 mm程度のビーズを用いて最適条件で粉砕処理を行うと、粉砕に引き続いて凝集が起こります。この作用を利用して高表面積を保持したままTi3+を酸化チタン格子内に安定的に固定できました。

●可視光（～近赤外）と紫外光の同時照射で、紫外光のみと比べて約9倍の相乗効果が得られました。

●極微量（0.005 vol%程度）加えたエタノールが水分解反応のきっかけを作ることで、海水分解の効率アップに繋がりました。

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202409096054-O1-lbW25x7k】

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202409096054-O5-hmsMyLIl】

【表：https://kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M104804/202409096054/_prw_PT1fl_E9n8xBt9.png】

背景

　太陽光で海水を分解して取り出したグリーン水素は夢のクリーンエネルギーとして切望されています。しかしながら、光触媒1)で海水を分解する際に副生成する次亜塩素酸2)などの腐食性物質による触媒劣化などが課題となっています。

　安定で安価な光触媒材料として酸化チタンがセルフクリーニング分野で注目されてきましたが、紫外光下でしか機能せず、水分解は不得意という欠点を有しています。

　Ti3+導入3)（可視光応答化手段の一つ）のための様々な手法が報告されていますが、高比表面積を保持しながらTi3+を酸化チタン格子内に安定して固定できる簡易な方法は見当たりません。