0.9 V以下の電解電圧で水から水素を製造する手法を実証

著者：Yugo Miseki, Michiko Tamano, Kenta Watanabe, and Kazuhiro Sayama

DOI：https://doi.org/10.1021/acsami.4c12781

用語解説

光触媒

光触媒は光吸収により励起され、酸化反応および還元反応を引き起こす触媒物質である。不均一系の半導体光触媒や均一系の色素光触媒などがあるが、本発表は前者。半導体触媒は伝導帯と価電子帯が禁制帯で隔てられた電子バンド構造を持つ。バンドギャップ以上のエネルギーを持つ光により、価電子帯の電子が伝導帯に励起され、伝導帯に電子が、価電子帯にその抜け殻の正孔が生成する。伝導帯に励起された電子は、価電子帯の電子よりも還元力が非常に強く、さまざまな還元反応を起こすことができる。同様に、正孔も強力な酸化反応を起こす。今回の反応の場合、正孔により水が酸化されて、酸素が生成される。一方、伝導帯に励起された電子はFe3+を還元し、Fe2+が生成する。

酸化タングステン（WO3）系光触媒

酸化タングステン（WO3）は黄緑色の可視光応答性の半導体。調製法により異なるが、480 nmよりも短い波長の光を吸収できる。環境浄化利用分野でも銅やパラジウム助触媒を表面に担持することで高い有機物分解性能を示す。ここでのWO3系光触媒は、WO3粉末に塩化セシウムと硫酸、そして鉄イオンを用いた表面改質を施した光触媒を指す。この表面修飾を施したWO3系光触媒の性能は、未修飾のWO3と比較して10倍以上改善する。

PEMセル（PEM型の電解セル）

PEMはPolymer Electrolyte Membraneの略で、主にカチオン交換性の固体高分子膜を用いた水電解反応を進行させる用途で使用される電解セルのことを一般的にPEMセルという。抵抗損失が小さく高電流密度を実現でき、起動停止を繰り返しても耐久性が高いなど、さまざまな利点を有する。

 

プレスリリースURL

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2024/pr20241105/pr20241105.html

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