人工光合成リーフ開発(Scientists develop artificial leaf that uses sunlight to produce valuable chemicals)

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2025-04-24 ローレンス・バークレー国立研究所(Berkeley Lab)
青い手袋をはめた手は、ペロブスカイトと銅をベースにしたデバイスを他の銅をベースにしたデバイスと並べます。 (Credit: Marilyn Sargent/Berkeley Lab)

ローレンス・バークレー国立研究所(Berkeley Lab)の研究チームは、太陽光を利用して二酸化炭素(CO₂)から有用な化学物質を生成する「人工葉」を開発しました。このデバイスは、太陽光を吸収するペロブスカイトと、CO₂を還元する銅製の電極触媒を組み合わせ、CO₂をエチレンやエタノールなどのC₂化学物質に変換します。これらの物質は、プラスチックやジェット燃料などの原料として広く使用されています。この研究は、カリフォルニア工科大学が主導する「Liquid Sunlight Alliance(LiSA)」の一環として行われ、再生可能エネルギーを利用した持続可能な化学品製造への道を開くものと期待されています。

<関連情報>

CO2からのペロブスカイト駆動型ソーラーC2炭化水素合成 Perovskite-driven solar C2 hydrocarbon synthesis from CO2

Virgil Andrei,Inwhan Roh,Jia-An Lin,Joshua Lee,Yu Shan,Chung-Kuan Lin,Steve Shelton,Erwin Reisner & Peidong Yang
Nature Catalysis  Published:03 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-025-01292-y

人工光合成リーフ開発(Scientists develop artificial leaf that uses sunlight to produce valuable chemicals)

Abstract

Photoelectrochemistry (PEC) presents a direct pathway to solar fuel synthesis by integrating light absorption and catalysis into compact electrodes. Yet, PEC hydrocarbon production remains elusive due to high catalytic overpotentials and insufficient semiconductor photovoltage. Here we demonstrate ethane and ethylene synthesis by interfacing lead halide perovskite photoabsorbers with suitable copper nanoflower electrocatalysts. The resulting perovskite photocathodes attain a 9.8% Faradaic yield towards C2 hydrocarbon production at 0 V against the reversible hydrogen electrode. The catalyst and perovskite geometric surface areas strongly influence C2 photocathode selectivity, which indicates a role of local current density in product distribution. The thermodynamic limitations of water oxidation are overcome by coupling the photocathodes to Si nanowire photoanodes for glycerol oxidation. These unassisted perovskite–silicon PEC devices attain partial C2 hydrocarbon photocurrent densities of 155 µA cm−2, 200-fold higher than conventional perovskite–BiVO4 artificial leaves for water and CO2 splitting. These insights establish perovskite semiconductors as a versatile platform towards PEC multicarbon synthesis.

1700応用理学一般
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