2022-03-23 神戸大学,高輝度光科学研究センター,名古屋大学,科学技術振興機構
ポイント
- 従来、過酸化水素生成に適していなかったヘマタイトに、異種金属イオン（スズ、チタン）をドーピングし、焼成することで、高活性な複合酸化物助触媒を形成
- 酸素に代わって、消毒・漂白・土壌改質など、多用途で使用される過酸化水素をオンサイトで製造することで、太陽光水素のコスト低下や利用拡大に貢献
神戸大学 分子フォトサイエンス研究センターの立川 貴士 准教授、同大学院 科学技術イノベーション研究科・システム情報学研究科の天能 精一郎 教授、土持 崇嗣 准教授らの共同研究チームは、赤錆（ヘマタイト）の光触媒作用によって、太陽光と水から水素ガスと有用化成品である過酸化水素を同時製造することに成功しました。
脱炭素社会の実現に向け、太陽光エネルギーを利用したＣＯ２フリー水素の製造が注目されています。光触媒作用による太陽光水分解によって、水素とともに、健康や食料生産に資する有用な化成品を同時に製造できれば、より高付加価値な太陽光水素利活用システムの開発につながります。
今回、立川准教授らは、安全・安価・安定で、可視光を幅広く吸収できるヘマタイトのメソ結晶に異種金属イオンをドーピングし、電極化することで、水素とともに、消毒・漂白・土壌改質などで用いられる過酸化水素を製造することを見いだしました。
今後は実用化を目指し、開発した光触媒電極をさらに高効率化するとともに、社会実装への取り掛かりとして、セルを構成し小型モジュール化を図っていきます。さらに本メソ結晶技術をさまざまな材料や反応系に展開していく予定です。
本研究は、高輝度光科学研究センターの伊奈 稔哲 研究員、尾原 幸治 主幹研究員、山田 大貴 研究員、名古屋大学 未来材料・システム研究所の武藤 俊介 教授との共同研究であり、この成果は２０２２年３月２３日に英国Ｎａｔｕｒｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｇｒｏｕｐの「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」のオンライン速報版で公開されます。
本成果は、主に、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム（Ａ－ＳＴＥＰ） 産学共同（育成型）における研究課題「太陽光水素と有用化成品の同時製造を目指した新規メソ結晶光触媒の開発」（ＪＰＭＪＴＲ２０ＴＤ）（研究代表者：立川 貴士）、科学研究費助成事業 基盤研究（Ｂ）における研究課題「高効率かつ高選択的な光触媒水分解のための基礎学理構築」（代表者：立川 貴士）、文部科学省「富岳」成果創出加速プログラム「「富岳」を活用した革新的光エネルギー変換材料の実現」（ＪＰＭＸＰ１０２０２１０３１７）（神戸大学分担分）、株式会社カネカとの共同研究によって得られました。放射光測定は高輝度光科学研究センター（ＪＡＳＲＩ）の支援を受け、ＳＰｒｉｎｇ－８のビームラインＢＬ０１Ｂ１、ＢＬ０４Ｂ２にて実施されました（２０２０Ａ１２０８、２０２１Ａ１１１４、２０２０Ａ１２０９、２０２１Ａ１１１３）。電子顕微鏡測定は、文部科学省委託事業 ナノテクノロジープラットフォーム課題とし、名古屋大学 微細構造解析プラットフォームの支援を受けて実施されました。
＜論文タイトル＞
- “Binary dopant segregation enables hematite-based heterostructures for highly efficient solar H2O2 synthesis”
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-022-28944-y
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
立川 貴士（タチカワ タカシ）
神戸大学 分子フォトサイエンス研究センター 准教授
＜ＳＰｒｉｎｇ－８／ＳＡＣＬＡに関すること＞
高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課
＜文部科学省委託事業 ナノテクノロジープラットフォームに関すること＞
名古屋大学 未来材料・システム研究所 超高圧電子顕微鏡施設内 名古屋大学 微細構造解析プラットフォーム事務局
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
星 潤一（ホシ ジュンイチ）
科学技術振興機構 産学連携展開部 研究支援グループ
＜報道担当＞
神戸大学 総務部 広報課
名古屋大学 総務部 総務課 広報室
科学技術振興機構 広報課
