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11.光触媒を用いた人工光合成反応

 人類が持続可能な社会を構築し発展を続けるためには、再生可能エネルギーの有効利用が不可欠です。再生可能エネルギーの中でも太陽エネルギーは最も膨大です。しかし、その有効利用技術は太陽電池、太陽熱、バイオマス程度であり、非常に限定されています。第四の選択肢として、植物の光合成と同じように光子を直接化学エネルギーに変換する人工光合成技術があります。人工光合成技術は、半導体や色素など光吸収励起する物質で構成される光触媒や光電極(光触媒を導電性基板に成膜した電極)を用いてエネルギー蓄積型反応を直接進行させる技術です。

 光合成の中で光エネルギーを変換するしくみには光化学系IとIIがあります。高校の生物の教科書の光合成の単元でヒル反応(葉から取り出した葉緑体懸濁液に鉄3価イオンを入れると鉄イオンが2価に還元されながら酸素が発生する反応)を習いますが、これもエネルギー蓄積型の反応の一種です。実習ではこれと同じ反応を葉緑体ではなく、酸化物半導体粉末の光触媒で進行させます。これは重要な人工光合成反応の一つです。光エネルギーは2価鉄イオンとして蓄積されていますが、そのままでは二次利用し難いので、光化学系Iを模倣した別な光触媒反応や低電圧電解反応と組み合わせて水素を製造できます。研究現場では様々な光触媒反応や光電極反応の設備を見学します。

人工光合成:光措養を用いた水素製造

 

 

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