可高效率將二氧化碳再生成有效資源之光觸媒

 

刊登日期:2020/11/14
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日本京都大學成功地合成了一項光觸媒,利用水與光線即可將二氧化碳再生成有效資源。研究團隊利用新開發的光觸媒,讓水(H2O)做為電子源發揮機能性,而二氧化碳選擇性地被還原,進而高效率地生成一氧化碳(CO)。

現階段已有報告指出,利用銀奈米粒子修飾氧化鎵粉末的光觸媒具有將水做為電子源之二氧化碳的光還原活性,但使用此觸媒亦有水容易被還原的問題。京都大學也曾經在此光觸媒上添加氫氧化鉻,以達到選擇性還原二氧化碳之目的,但二氧化碳的轉換效率偏低。

此次京都大學則在銀奈米粒子修飾氧化鎵粉末的光觸媒中添加鈣(Ca),進而發現新觸媒大幅提高了二氧化碳的還原效率(轉化率),此反應從二氧化碳得到生成物則是可做為合成氣體之一氧化碳。使用新觸媒時,出口氣體的一氧化碳濃度達到1.2%,而此濃度值接近目前實際已在使用的合成氣體(一氧化碳與氫氣的混合氣體)濃度。此外,經實驗顯示,一氧化碳檢測器在觸媒反應開始後立即產生作動警示,由此可知新觸媒可生成高濃度之一氧化碳。此時二氧化碳而非水的還原效率(選擇率)為95%,也就是新觸媒可以實現以水為電子源之二氧化碳選擇性的光還原。

京都大學也指出,提高觸媒活性的重點在於2階段的鈣類添加,首先在硝酸鎵水溶液中添加少量氯化鈣,再滴下氨水取得氫氧化物前驅物(Precursor)並以高溫燒結,進而在氧化鎵表面上形成複合氧化物CaGa4O7。將此光觸媒與氧化鈣進行物理混合,以銀與氫氧化鉻修飾之後,即呈現出高度光觸媒活性。但目前相關反應機制仍在研究中。

透過此次的研究成果,將可望實現植物般的仿生人工光合成反應,但新開發的觸媒系統目前無法如同植物般利用可見光就能發揮機能性,因此進一步製作成能以可見光領域的光線驅動之觸媒系統將會是今後研究重點。此外,雖然二氧化碳還原可以得到甲烷、甲醇等各種物質,但目前新觸媒僅能取得一氧化碳,因此增加還原生成物的多樣性也將是今後更進一步的研究目標。

資料來源:https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2020/documents/201009_2/01.pdf


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