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低コストで太陽光から水素を生成 新発見のスズ酸化物

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低コストで太陽光から水素を生成 新発見のスズ酸化物

物質・材料研究機構(NIMS)環境再生材料ユニットの阿部英樹主幹研究員と梅澤直人主任研究者らは、両者の理論の連携により、太陽光をエネルギー源として水から水素燃料を生成することができる新しい光触媒物質「4酸化3スズ(Sn3O4)」を発見したと発表した。

新触媒物質「Sn3O4」は、豊富かつ安価なスズと酸素のみで構成され、環境毒性も低く、大規模な水素燃料の製造や太陽エネルギー循環社会へ大きく貢献することが期待できる。

太陽光は究極の持続可能エネルギーだが、濃縮・輸送に適した化学エネルギー源(自動車などの輸送機関に欠かせない気体・液体燃料)の形態に直接変換する技術が確立されていないため、従来の化石燃料や核燃料を代替するには至っていない。

酸化チタン(TiO2)を代表とする多くの水分解光触媒は、紫外線を吸収して水を分解し、水素燃料を生成するが、太陽光エネルギーの半分以上を占める可視光を吸収できないため、実際の太陽光エネルギー変換において利用することが困難だ。

一方、可視光を吸収して水を分解することができる新しい光触媒材料の開発は世界規模で進められているが、現行材料の多くは高価なレアメタルや毒性の高い鉛を高濃度に含んでいるため、コストや環境対応性の面で課題を抱えていた。

Sn3O4触媒による水からの水素生成

Sn3O4触媒による水からの水素生成

同研究グループは、2価のスズイオン(Sn2+)を含む酸化物が可視光下での水分解光触媒反応に対して好ましい電子構造を持つ可能性があるという理論予測に基づき物質探索をおこない、2価のスズイオン(Sn2+)と4価のスズイオン(Sn4+)からなるスズ酸化物「Sn3O4(Sn2+2Sn4+O4)」を見つけ、この物質が酸化チタン(TiO2)が全く活性を示さない可視光照射下(照射光波長 400ナノメートル)で、水分解反応を促進して、0.52㎖ (触媒材料1gあたり1時間につき)の水素ガスを発生することを発見した。

スズの酸化物は、透明電導体の材料として広く利用されており、同触媒は、水素燃料製造時の環境負荷やコストを抑えることができる。

同研究は、JST課題達成型基礎研究の一環として行われた。また、研究成果は、米国化学会発行の『ACS Applied Materials & Interfaces』のオンライン版に近く掲載される予定だ。

【参考】
科学技術振興機構 - 豊富・安価・低毒性な水分解光触媒物質を発見

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