【大阪大学】人工光合成による水の完全分解へ、可視光応答型光触媒を開発

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1: しじみ ★ 2018/01/15(月) 18:55:02.60 ID:CAP_USER
大阪大学(阪大)は1月12日、黒リンとバナジン酸ビスマスを用いた光触媒を開発し、
紫外光のみならず可視光の照射によっても、水から水素・酸素割合を効率よく生成できることを発見したと発表し、
同日大阪にて記者会見を実施した。

同成果は、阪大 産業科学研空所の真嶋哲朗 教授、藤塚守 准教授らの研究グループによるもの。
詳細は、ドイツの科学誌「Angewandte Chemie International Edition」(オンライン版)に掲載された。

太陽光で水を分解して水素と酸素を生成することができる光触媒反応は、
太陽光エネルギーを化学エネルギーへ変換する方法として、人類の1つの夢といえる。
しかし、これまでに開発されてきた光触媒においては、その変換効率は低く、完全な水分解を起こし、
水素と酸素を同時に生成することは困難だった。

真嶋氏は、「光触媒は昔から研究されており、
化石エネルギーから電気エネルギーへのシフトが要求されている昨今では、
さらにその注目度を増している。そのためには水素を安く大量に作成する必要があるが、
従来の光触媒では、太陽光の3~4% にすぎない紫外光を利用するため、
水から水素への太陽光エネルギー変換効率が低いという問題があった
」と説明する。

またその問題に加え、目的の反応を進行させるためには犠牲剤を使用する必要があること、
動作の最適化のために回路素子に一定の電圧(バイアス電位)を与える必要があることなどから、
光触媒の実用性は低かった。

〈植物の光合成機構を模し、より多くの太陽光エネルギーを利用〉

「今回開発した光触媒は、紙のように薄い、シート状の黒リンとバナジン酸ビスマスを用いたもの。
これらが引っ付きあい、その界面(バルク)が有効に働くことで、太陽光の広い波長の吸収を実現している」と同氏。

同研究で黒リンが用いられたのは、可視光から近赤外光までの幅広い領域の波長の光を吸収できるためだといい、
同材を用いることで、波長が約700~1300nm程度の光を吸収することができるようになるという。
さらに今回、バナジン酸ビスマスとの複合材を開発し、より低い波長(約400nm~)における光吸収も実現した。

また、同触媒の構造は、植物の光合成における電子の移動機構である「Zスキーム」を参考にしたものだという。
「植物の光合成は、2つの系による2段階の光励起が行われており、
今回、この機構を模した人工物の光触媒を開発することで、
光合成によく似た働きを行うことが確認された」と真嶋氏は説明する。

具体的には、黒リンとバナジン酸ビスマスがともに可視光に応答して光励起し、
黒リンの光励起によって生成した電子がプロトンを還元して水素を生成し、
一方のバナジン酸ビスマスの励起によって生成した正電荷が水を酸化して酸素を生成するという流れで、
水から酸素と水素が生成されるのだという。波長420nm光の照射の場合、
水素と酸素の生成量はそれぞれ160、および102μmolg-1h-1であり、
バナジン酸ビスマスの伝導体から黒リンの価電子帯に電子が移動することで、
触媒反応が効率よく進行することも分かった。

同成果に関して真嶋氏は「今回の光触媒は、可視光の照射下で、
水の入ったビーカーに入れるだけで水を完全分解する画期的なもの。
犠牲剤やバイアス電位、さらには比較的高価なコバルト触媒も必要ない」
とコメントし、
「ほぼ無限に存在する太陽エネルギーと、
地球上に大量に存在する材料である水を用いて水素を生成することで、
今後の水素社会の実現に貢献できると考えている」と述べた。

画像:光触媒による光合成イメージ
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画像:層状構造の黒リンの厚さをコントロールすることで、幅広い波長の光を吸収できるようになった
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画像:植物の光合成を模した光触媒により、太陽光の広い波長の吸収を実現
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画像:黒リンとバナジン酸ビスマスの反応機構の概要
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マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180115-571065/

2: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 18:56:27.31 ID:k06RXLyT

何気にこれ凄い。

19: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 20:55:31.27 ID:PqHBZ9DB
水素エネルギー社会キター!!!!!!!

6: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 19:12:44.12 ID:b7Xygx2C
燃料電池と相性がいいね
水素を安全に運べたらなあ

7: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 19:13:11.03 ID:mfz4+imH
砂漠地帯の海辺で水素作り放題か
ペルシャ湾だけでなく紅海も東地中海南岸もソマリア角地帯も
モロッコ西部~モーリタニア辺りも豊かになってしまうのか?
あとはペルーとかチリとか、ナミビアとか

10: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 20:03:35.34 ID:aFJyOy09
実用化できるの?
なんとなく、都合の悪い情報を出していない雰囲気が・・・

32: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:50:43.47 ID:ZXO1Z8eV
変換効率を公表しないところにうさん臭さを感じるな、、、

12: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 20:11:20.58 ID:d6H4bSOB
10000気圧の環境とかだったり

13: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 20:24:45.53 ID:g1XX5mgb
マグネシウム循環も凄いといわれながらフェードアウトした
こんなのは実用化&普及してから発表しないと潰される

17: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 20:49:52.72 ID:6lsirSlB
>>13
それ
日本は発表が早すぎる
ってかタイミングが悪い

50: 名無しのひみつ 2018/01/16(火) 11:25:53.61 ID:BvtpBTBA
>>13
マグネシウムは還元の際にソーラーを使ってレーザーを当てるという時点で失笑物じゃなかったか?

14: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 20:37:17.02 ID:Y2WY7nqR
何か胡散臭いw

21: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:01:41.01 ID:rcSx4if5
岡山大,CNT光触媒で吸収波長帯を大幅に拡大太陽光エネルギー変換効率50%を達成する…..
2017年03月13日    http://www.optronics-media.com/news/20170313/45986/

岡山大学と山口大学,東京理科大学らの共同研究グループは,カーボンナノチューブ(CNT)の
光吸収帯を利用した水分解反応による水素製造が可能であることを明らかにした(ニュースリリース)。
今回,可視光から近赤外光まで幅広い光吸収帯を持つCNTを利用した水素発生光触媒を開発し,
CNTの光吸収帯を利用した水素製造が可能であることを実証することで,従来技術では
使いこなせなかった太陽光エネルギーのうち未利用部分(600~1300nm)の利用が可能であることを明らかとした。

例えば,活性波長が400nm以下の光触媒では,太陽光エネルギーのうちわずか2%しか利用できないのに対し,
活性波長域を600nmまで拡げると16%,800nmまで拡げると32%まで利用できるようになると言われている。
CNT光触媒を利用することで,太陽光エネルギーのうちこれまで使うことのできなかった540~1300nmの波長の光を
使うことができるようになれば,太陽光エネルギー変換効率50%を達成するブレークスルー技術となり得るとしている。

22: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:05:28.11 ID:MbYNJ5Vh
すばらしい

25: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:18:38.46 ID:iO5Kstho
ノーベル賞

27: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:27:51.10 ID:yRz9lpAG
人工光合成って凄いことだよ

28: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:28:41.19 ID:Q5iUVu/d
真嶋せんせの可視光水分解への挑戦

2017.05/29発表
黒リン、金ナノ粒子、チタン酸ランタン

2017.09/27発表
黒リン、グラファイト状窒化炭素

2018.01/12発表
シート状の黒リンとバナジン酸ビスマス

残念ながらいずれも決定打ではない模様

31: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:42:28.13 ID:rcSx4if5
黒リンとバナジン酸ビスマス VS カーボンナノチューブ(CNT)

どちらに軍配が上がるかな?どちらも太陽光エネルギー変換効率50%越えは行きそう。

40: 名無しのひみつ 2018/01/16(火) 00:08:01.35 ID:XuJP9Fg4
>>31
組み合わせたら最強なんじゃね?

43: 名無しのひみつ 2018/01/16(火) 01:38:39.70 ID:Udek7wGI
>>40
効率より単価だよ、コストが安ければ次の技術に繋げる
どんなに効率よくてもコストがそれ以上高ければ日本での
過去の最強クラスの太陽電池が全然普及しなかった事実が証明する。
細かく投資コスト回収できないと次の段階へ昇れない。

33: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:57:15.69 ID:8J7KG7bl
>こう云う技術も実用段階

『日立造船、水素とCO2からメタン生成!数年で商用化!CO₂ゼロ火力!』201 …
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp › … › エネルギー、資源 › 原子力
2015/08/15 – 日立造船、水素とCO2からメタン生成!数年で商用化!CO₂ゼロ火力!』
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q12149033157

『日立造船,CO2、99%メタンに転換するプラント実証、18年度に事業化計画』2014/3/9
「日立造船は二酸化炭素(CO2)を、産業用ガスとして使われるメタンに高効率で転換する
技術を実証したと発表した。このほどCO2を約99%、メタンに転換できることを確認した。
今後は大型プラントでも使えるよう技術を改良、18年度をメドに事業化する。」
http://blog.goo.ne.jp/thinklive/e/1987a9c74f137ea4954d4131a0fbdac5

34: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 21:59:52.58 ID:XLrbI4pR
これに限らずやっぱ一番可能性ありそうなのは水素エネルギーだよなぁ
EVとかは厳しい

61: 名無しのひみつ 2018/01/18(木) 07:28:28.19 ID:Vt1gwizE
>>34
> これに限らずやっぱ一番可能性ありそうなのは水素エネルギーだよなぁ
まだ出来てもいないのに?どの辺が?
> EVとかは厳しい
どうみても逆としか思えないが。そもそもEVはそれなりに使われ始めてるよね
あとレスするならEVたたきよりもFCVの可能性の方を言って欲しいね

63: 名無しのひみつ 2018/01/20(土) 00:38:19.16 ID:pTUs4lRQ
>>62
> 出来てるなら「可能性」って言わんだろ。
何も出来てないなら可能性はゼロだね

> それにEVは既に出回って随分経つのにこのザマである
どんなざまなのやら、徐々に普及してるというのに
最近は結構見かけるようになったが、こうなると早い。HVがそうだったようにね

64: 名無しのひみつ 2018/01/20(土) 01:18:29.59 ID:qtM1BxmI
>>63
EVは現在これ以上の発展性が無いんだよな
バッテリー関係が完全に停滞してしまっている
結局はEVも水素エネもその他のものも、なにかしら解決しきれてない大問題があるからこそ社会のインフラにはなれてないわけで…

逆に言えばどれもが何かしらのブレイクスルーが起これば、一気にモノになる「可能性」はあるということ
青色LEDみたくね、 ひょんなことで解決する技術が見つかってとんとん拍子に広がることも…

そして今回の>>1のものは水素エネのブレイクスルーにつながる「可能性」も無くはない

36: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 22:23:46.41 ID:dhOVtMkQ
EVは数十、数百台レベルの内は問題ないが

千、万、単位の台数に成ると送電系の電線、トランスを容量UP工事をしないとダメで
大変な費用が掛かる

38: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 23:37:46.89 ID:xwZl0fZ+
この技術発展させれば福島トリチウム汚染水を水素、酸素に分解すれば
比重の大きいトリチウムが段々残って除去できるんだけど、一日300tは無理か?

39: 名無しのひみつ 2018/01/15(月) 23:55:09.72 ID:nhEj11ef
大気中からCO2を取り出し(この技術は既にある)メタン菌増殖させ食べさしてメタン造れば
永久にエネルギー循環が完成する訳か、 バンザ~イ。

炭水化物食べさせてアルコール作る「こうじ菌」の様に、原料のCO2は無限にある動物が居る限り。

51: 名無しのひみつ 2018/01/16(火) 11:51:10.42 ID:aDx4F+bj
これらの技術を応用して工業的に二酸化炭素を、酸素と炭素に分解できる触媒を作れれば地球温暖化解決だね
炭素はまた燃やせる

65: 名無しのひみつ 2018/01/20(土) 02:12:09.40 ID:DAzPmSDB
常温超伝導に期待ですね、わかります

66: 名無しのひみつ 2018/01/20(土) 07:34:22.79 ID:bEzVEE+R
>>65
それだって無くもないんだよな、 常温核融合だってもしかしたらw

なんせ青色LEDだってずっと絶対に無理、不可能、ありえないと言われていた
「青色LEDが不可能であることの証明」の論文だって書かれたりしてたくらいなんだからw

67: 名無しのひみつ 2018/01/21(日) 06:14:47.48 ID:AJ8t3tu/
>> CO2と水素からメタン、メタノール、エタノール、、
        CO2は無限資源で水素さえ確保できれば樹脂製造も可能。

石炭火力のCO2と「再エネ水素」でメタン製造、NEDOが評価 – 日経 …

2017/11/15 – 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は11月14日、
石炭火力発電所から排出されるCO2を有効利用するための技術開発に着手すると発表した。

二酸化炭素をメタノールに変換する効率的な触媒を開発 – エビ風サイエンス …

2014/08/04 – その結果、二酸化チタンを基盤とした、酸化第一銅 (Cu+2O) と二酸化セリウム (CeO2)
のナノ粒子触媒が、効率的に二酸化炭素と水素をメタノールに変換する事がわかった。
その効率は純粋な銅の1000倍、現在主流に使われている銅亜鉛酸化物触媒の90倍と言う、
非常に高効率であった。

CO2から簡単にエタノールを生成する方法が偶然みつかる。常温反応で高 …

2016/10/19 – 米テネシー州のオークリッジ国立研究所の研究者が、意図せずして二酸化炭素(CO2)から
非常に簡単にエタノールを生成する方法を発見したと発表しました。これまでは藻や光触媒などを
利用する方法がありましたが、新しい方法ではナノサイズの銅とカーボン、窒素を用いる常温の反応だけで
エタノールを作り出せます。

53: 名無しのひみつ 2018/01/16(火) 13:53:39.89 ID:8gNqlYZi
>しかし、これまでに開発されてきた光触媒においては、その変換効率は低く、

といいつつこの方式の効率書いて無いってのが、もーね

>さらに今回、バナジン酸ビスマスとの複合材を開発し、より低い波長(約400nm~)における光吸収も実現した。

光の波長が「低い」とか、だめだこりゃ

69: 名無しのひみつ 2018/01/21(日) 07:01:03.08 ID:ponlsCQa
自分達のやつの効率を書いてない時点で失格
やってることは、テレビばっか見てる無知な中年ハバアを騙してる、腐れテレビショッピングと一緒
科学者も落ちたもんだ

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引用元: http://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1516010102/

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