以可視光即可將水分解成氧與氫的光觸媒

 

刊登日期:2019/8/15
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新能源產業技術總合開發機構 (NEDO)發表開發出以可視光將水分解成氧與氫的光觸媒。這項研究是與人工光合成化學工程技術研究協會 (ARPChem)、東京大學、信州大學等共同合作。該光觸媒係由氧硫化物半導體 (Y2Ti2O5S2)所構成,吸收波長640nm以下的太陽光後會分解水。由於波長600nm上下的太陽光是強度最高的波長範圍,將可望發展出高效率能源活用的技術。活性部分目前正在調查,若能實現高活性化,則有助於實現低成本的製氫工程。

早在多年前,這類利用光引發水分解反應的次世代光觸媒就備受關注,但分解水的成果則是首例。過去的研發中,氧硫化物半導體在水中以光照射後,會造成硫化物離子氧化,材料本身容易分解的問題。為了尋求更穩定的材料,研究團隊找到了 Y2Ti2O5S2,該材料具備一種能帶結構 (Band Structure),吸收小於640nm的陽光,可在弱鹼性水溶液中將水分解成氫與氧。藉由最佳化水分解反應的條件後,觸媒會在水中分解的課題獲得了解決。

另外,為了使氫與氧的生成更有效率,研究團員開發出同時載持兩種輔助觸媒的手法,促進氫生成反應的輔助觸媒使用氧化鉻披覆的銠微粒子,氧生成反應的輔助觸媒則使用二氧化銥微粒子。再加上調整反應溶液的pH值,使得經過光激發的電子與電洞可有效利用於水分解反應上。既有的氧硫化物光觸媒無法產生氧,而根據實驗證實,新的光觸媒可以連續20個小時以2:1的比例持續分解氫與氧。另一個優勢是,在生產大面積的光觸媒薄板時,微粒子狀的觸媒較易採用手法簡便的噴霧塗布製程。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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