南新居甲醛治理-人工合成材料光触媒的应用

NEDO和人工光合作用化学工艺技术研究协会（ARPChem），与东京大学以CIGS为基础的光触媒被称为太阳能电池材料，实现了世界上最高的12.5%的制氢能量转换服从。 -单晶光触媒这是通过优化催化剂和与催化剂反应的电解液组分的组成比获得的效果。因为是非单晶所以是适合大尺寸（公制级）的材料系统。

 

NEDO 和 ARP Chem 是人工光合作用将太阳能和工厂排放的 CO2 和水产生的氢气合成制造塑料质料等化学品，以实现环保制造，我们正在进行研究和开发。将来我们将致力于进一步进步整个光触媒和人工光合作用过程的服从。

 

新能源产业技术开发组织（NEDO）是一家国家研究开发公司，将水产生的氢气与太阳能和工厂排放的二氧化碳合成以实现环保制造。我们正在致力于基础技术的开发* 2 实现塑料质料等基础化学品（C2-C4烯烃*1）的制造工艺。通过行使光催化剂可以有用地将阳光用作能源因此进步光催化剂的能量转换服从是一个紧张的题目。

 

这一次NEDO和人工光合作用化学过程技术研究协会（ARPChem）*3是基于被称为太阳能电池材料的Cu（In，Ga）Se2（缩写：CIGS）的光催化剂，与东京大学一路.在非单晶光催化剂中实现了世界最高的制氢能量转换服从*412.5%。这是通过优化催化剂和与催化剂反应的电解液组分的组成比获得的效果。这一成就证实了人工光合作用作为能量转换技术的有效性。

 

非单晶光触媒与仅由单晶构成的光触媒相比是适合大型化（公制级）的材料系统有望实用化。

 

济南新居甲醛治理-人工合成材料光触媒的应用这项研究的效果于2018年7月31日星期二（欧洲标定时间）发表在欧洲科学期刊《能源与环境科学》的在线通知布告版上。

 

2.将来的计划

在行使太阳能从水产生氢气的化学反应过程中也会同时产生氧气。为了最有用地获得氢气，不仅必要进步产氢光催化剂的服从，还必要进步产氧光催化剂的服从。 NEDO和ARP Chem将继承研发进一步进步产氧光触媒、产氢光触媒和整小我工光合作用过程的服从旨在通过人工光合作用实现环保制造。

 

3. 3.成果内容

光触媒是一种将太阳能转化为化学能的功能材料。因为太阳光强度的峰值重要在可见光区域（400 nm 至 800 nm）（图 3），假如创建吸取该波长范围内的光的光催化剂，则可以有用地行使太阳光的能量。然而很多传统光催化剂的吸取波长重要限于紫外光区（最高可达 400 nm），并且将光催化剂的吸取波长加长从而可以使用从可见光到红外光区的光挑衅之一。

 

在这个项目中我们一向在开发硫属化物基材料 * 5 作为吸取比曩昔更长波长光的光催化材料之一。其中Cu(In1-x,Gax)Se2(以下简称CIGS)具有可以行使太阳光直至红外区(根据x的组成比从750nm变为1230nm)的特点，是已经作为太阳能电池材料使用，是确立了公制制造技术的材料。这种CIGS是p型半导体，通过在其外观形成n型半导体形成pn结，通过光照射在CIGS固体中产生的电子和空穴被有用地星散和复合。众所周知，高量子服从可以通过压抑获得。在这项研究中，基于这些发现，我们通过以下两个想法，通过在 CIGS 中使用光照射产生的电子，成功地从水中高效地产生氢。

 

1）在高负载条件下，CIGS与n型半导体之间的势垒使得电子难以注入，导致服从明显降落。这一次，通过开发新成分的CIGS，解决了停滞题目，实现了世界上性能最高的制氢反应。

2) 当水分解反应在高电流密度下进行时，降低服从的因素，例如液相侧的电阻变得显明。通过优化电解液的成分，可以有用地获得氢气。

 

该图表现了所开发的基于 CIGS 的产氢光催化剂在最佳组成的电解液中的（a）电流电位曲线和（b）产氢能量转换服从。

图4 开发的CIGS基制氢光催化剂在最佳组成的电解液中

(a) 电流-电位曲线，以及 (b) 制氢能量转换服从

使用新开发的CIGS基产氢光催化剂和BiVO4组成的常规产氧光催化剂组装串联排列的两级电池*6，在伪太阳光*7照射下进行水的全分解反应。我们对其进行了检查（图 5）。效果，太阳能转换服从*8达到了3.7%（图6）。该值对应于 2016 年公布的太阳能转换服从进步 23%。

 

将来我们将开发一种高性能的产氧光催化剂，并将其与本研究获得的产氢光催化剂相结合，力争到2021年底实现10%的太阳能转换服从。

 

该图表现了当伪太阳光应用于由产氢光催化剂（CIGS 开发）和产氧光催化剂（BiVO4）组成的两级电池（串联排列）时的太阳能转换服从。

图6 由产氢光触媒（本次开发CIGS）和产氧光触媒（BiVO4）组成

将伪太阳光照射到二级电池（串联排列）上时的太阳能转换服从

[笔记]

* 1 C2-C4 烯烃

一种碳氢化合物，含有一个含 2 至 4 个碳原子的双键。 C2称为乙烯，C3称为丙烯，C4称为丁烯，用作塑料质料的基础化学品。

* 2 开发实现制造过程的基础技术

企业名称：二氧化碳质料基础化学品制造工艺技术开发（人工光合作用项目）

 

项目期间：2012-2021（经济产业省2012-2013，NEDO项目2014）

商业：什么是人工光合作用？行使太阳能、水和二氧化碳等低能物质、氢和有机物

用于开发与人工光合作用相干的基础技术以及转化为化合物等高能量物质的技术

这是工作。

* 3 人工光合作用化学工艺技术研究会（ARPChem）

参与机构：INPEX CORPORATION、TOTO Ltd.、日本邃密陶瓷中间

FUJIFILM Corporation、Mitsui Chemicals Co., Ltd.、Mitsubishi Chemical Co., Ltd.（按字母顺序排列）

* 4 制氢能量转换服从

济南新居甲醛治理-人工合成材料光触媒的应用代表光催化剂产氢能力的品质因数。请细致，该定义与稍后描述的太阳能转换服从* 8 不同。

* 5 Calcogenide 基材料

硫化物、硒化合物、碲化物等化合物。它包含很多具有优秀性能的材料，可以使用从紫外线到可见光和红外线的宽波段的光作为光催化剂。

* 6 串联布局

当组合两种类型的光催化剂时，一种吸取较短波长的光并透射剩余的长波长光，另一种可以吸取长波长的光。

* 7 伪阳光

光的设计使强度和波长之间的关系与天然阳光的关系雷同。因为不会因气候或时间而产生波动，因此可以以优秀的再现性评价光催化剂在阳光照射下的特征。

* 8 太阳能转换服从

光催化剂产氢所储存的化学能与入射太阳能的比值。

* 9 辅助催化剂

负载在光催化剂上的细颗粒如金属和金属氧化物作为氧化还原反应的活性位点。济南新居甲醛治理-人工合成材料光触媒的应用因为半导体光催化剂的外观对于作为氧化还原反应的氢/氧生成反应的活性通常较低，因此为了实现高效的水分解反应，负载助催化剂是必不可少的。某些助催化剂材料也已知具有与半导体形成结以促进电荷星散的作用。