産総研、セシウムで表面処理した高性能光触媒を開発。太陽光を用いた新しい水素製造システムの実現に向けて一歩

　産業技術総合研究所（産総研）は、セシウムで表面処理した高性能光触媒を開発し、太陽光を用いた新しい水素製造システムの実現に近づきあるとし、その成果を発表しました。
　水素の製造といえば、しくみてきには水の電気分解やそれに類似した過程を経るもの、まく面を利用するものなどが考えられます。今回の産総研が開発したしくみは、セシウム Cs処理した新しい触媒により光触媒の能力を従来の10倍以上に向上させたということです。これにより、太陽光を利用し光触媒により水分解の電解電圧をほぼ半減でき、水素製造の低コスト化が可能となる技術の確立に一歩近づいたということです。
　将来の水素製造プラントの模型の写真が公開され、その姿をイメージできる点も今回の発表で興味深い点です。

プレスリリース / 産業技術総合研究所、2010年3月11日
・セシウムで表面処理した高性能光触媒を開発

-----image(”写真1 今回開発した高性能光触媒（左上）と光触媒―電解ハイブリッドシステムの全体模型　太陽エネルギー変換する光触媒反応を利用して水分解水素製造の電解電圧を低減する。”) : 同リリースより

" 太陽光を用いた新しい水素製造システムの実現に近づく
・セシウムによる表面処理で酸化タングステン光触媒の反応活性が大幅に向上
・可視光に対する量子収率は従来報告値の約50倍
・光触媒の効果により水分解の電解電圧をほぼ半減でき、水素製造の低コスト化が可能

概要
　.....太陽光エネルギー変換グループ 佐山 和弘 研究グループ長、三石 雄悟 研究員らは、従来に比較して飛躍的に高い可視光量子収率を示す酸化タングステン（WO3）光触媒（写真１の左上）を開発した。この触媒を用いた光触媒―電解ハイブリッドシステム（写真1）は太陽光を有効利用する水素製造システムであり、水を酸化して鉄3価イオン(Fe3+)を鉄2価イオン(Fe2+)に還元しながら酸素を生成する光触媒と、Fe2+をFe3+に再酸化しながら水を還元して水素を生成する低電圧電気分解を組み合わせた産総研の独自開発システムである。

　この光触媒の高効率化は、WO3光触媒を、セシウム(Cs)で表面処理する手法を開発したことにより実現した。Cs処理した新しい触媒の活性は未処理触媒に比べて10倍以上に向上した。可視光量子収率は波長420 nmで19 %であり、これまでに報告された値（0.4 %）※と比較して約50倍である。太陽エネルギーを用いることで水分解の電解電圧はほぼ半減するので、低コストの水素製造が期待できる。

　この技術の詳細は、2010年3月19日に東海大学で開催される第57回応用物理学関係連合講演会エネルギー環境研究会企画シンポジウムで発表される。
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研究の経緯
　産総研では、これまでの光触媒水素製造の欠点を克服できる光触媒―電解ハイブリッドシステムを考案し、研究を進めてきた(図1と図2)。このシステムでは、光触媒の効率向上の可能性だけでなく、純粋な水素が製造でき、水素捕集のための大面積透明フードが不要という利点がある。通常の水の電解水素製造と比較しても電解電圧の低下による低コスト水素製造が期待できる。つまり、従来の光触媒法と通常の電解法の両方の長所を活かした技術と言える。酸化還元反応に用いるレドックス媒体にはいくつかの候補があるが、Fe2+イオンからの低電圧水素製造は既にその技術が確立していることを考慮すると、鉄レドックス媒体（Fe2+とFe3+イオン対）の利用が現状では最も現実的である。以上より、本ハイブリッドシステム実現の残された重要課題は、水から酸素を発生させながらレドックス媒体の還元(Fe3+からFe2+へ)を行う高性能な光触媒の開発であった。

-----image(”図1 光触媒－電解ハイブリッドシステムの仕組み”) : 同リリースより

-----image(”図2 さまざまな水分解水素製造の反応機構のポテンシャル図
(a)光触媒による水分解 (b) 本発表の光触媒－電解ハイブリッドシステム (c)通常の水の電気分解。大きな電圧が必要”) : 同リリースより

研究の内容
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関連
以下のことは知っておいたほうがよさそうだ、、、、

・Wikipedia : セシウム

" 人工的に作られる（ウランの核分裂により生ずる）セシウム137は、半減期30.07年の放射性元素である。医療用の放射線源に使われるが、体内に入るとカリウムと置き換わるため大変危険である。 "

コメント続き

　世界中で水素製造の高い効率化とコスト削減を目指して研究が進められています。再生可能エネルギーによる水素製造の話題もメディアを賑あわせるようになってきました。効率とコスト、まさにこの問題が解決されれば、周囲に無尽蔵に存在する自然エネルギーを利用し、水素を製造することで、車を走らせ、燃料電池でまた電気作ることが可能です。大規模な発電所から長い距離を高い効率で送電し、配電することも重要な技術ですが、周囲に自然エネルギーが豊富にあり、それを利用していったん水素を作り、その水素をエネルギーメディアとして活用する社会も可能になるかもしれませんね。(t_t)

参考
・R水素ネットワーク

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