可視光で水と酸素から過酸化水素合成に成功―持続可能な過酸化水素製造技術の創出に期待―
研究成果
- in situ 重合反応1）により電極表面に均一な有機高分子膜を形成する新たな合成法を確立した。
- 作製した有機高分子電極が酸素をH₂O₂へ選択的に還元する光カソード2）として機能することを見出した。
- 中性水溶液中において、外部電気バイアスなしで、可視光により水と酸素からを合成することを実証した。
過酸化水素（H₂O₂）は、有機合成や医療用消毒剤など幅広い分野で利用されていますが、現在の工業的な製造法は化石燃料に依存しているため、環境負荷が大きいことが課題となっています。そのため、太陽光などの再生可能エネルギーを利用した持続可能なH₂O₂製造技術の開発が求められています。本学工学部の坪ノ内優太准教授、自然科学研究科博士前期課程の井手玲花さん、Debraj Chandra特任准教授、⼋⽊政⾏教授らの研究チームは、可視光により酸素をH₂O₂へ選択的に還元する有機高分子光カソードを開発しました。さらに、この光カソードと水から酸素を発生する光アノード3）を組み合わせて、中性溶液中において外部電気バイアス4）なしで可視光により水と酸素からH2O2を合成することに世界に先駆けて成功しました。本成果は、環境調和型のH₂O₂製造技術の実現に向けた重要な一歩であり、持続可能な化学品製造や太陽光エネルギーの有効利用への貢献が期待されます。
【用語解説】
（注1）in situ 重合反応：
重合反応と同時に基板上に製膜する手法
（注2）光カソード：
光を吸収し、その光エネルギーを利用して還元反応を進める電極
（注3）光アノード：
光を吸収し、その光エネルギーを利用して酸化反応を進める電極
（注4）外部電気バイアス：
光電気化学セルにおいて、反応を促進するために電極間に印加する電圧
研究内容の詳細
可視光で水と酸素から過酸化水素合成に成功―持続可能な過酸化水素製造技術の創出に期待―（PDF：712KB）
論文情報
【掲載誌】Angewandte chemie international edition
【論文タイトル】An in situ deposited covalent triazine framework photocathode for electric bias-free solar-to-hydrogen peroxide conversion in a photoelectrochemical cell
【著者】Yuta Tsubonouchi, Reika Ide, Kazuma Takakura, Katsunobu Takahashi, Debraj Chandra, Zaki N. Zahran, Masayuki Yagi
【doi】10.1002/anie.9303504
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