水素の大量生産用に新たに開発されたハイドロゲルナノコンポジット

27 (Nanowerkニュース) 韓国のソウルにある基礎科学研究所 (IBS) 内のナノ粒子研究センターの HYEON Taeghwan 教授が率いる研究チームは、水素の大量生産のための新しい光触媒プラットフォームを開発しました。同グループの光触媒プラットフォームに関する研究は、フィルム型やパネル型といった従来の水素生成プラットフォームに比べて明らかな利点を備え、効率的な水素発生反応を可能にする浮遊性光触媒マトリックスの開発につながった。この研究は、 自然ナノテクノロジー (「大規模太陽光水素生産のための浮遊性光触媒ハイドロゲルナノ複合材料」). A. 浮遊性光触媒プラットフォームは、二層構造、光触媒層、支持層で構成されています。 B. プラットフォームの多孔質構造。 C. プラットフォームの多孔質構造により浮遊性が特徴です。 （画像：基礎科学研究所） 近年、環境汚染や気候変動などの地球規模の課題により、代替エネルギーの重要性が高まっています。代替エネルギー源の候補はいくつかありますが、光触媒によって得られる水素エネルギーは、持続可能なグリーンエネルギー生産として特に注目されています。したがって、光触媒本来の反応効率を高めるために多くの研究開発が行われてきた。しかし、光触媒システムの実用化と商品化にとって重要なそのフォームファクターに関する研究は、まだ積極的に検討されていません。通常、現在のシステムは、触媒粉末またはナノ粒子を、粒子シート型、フィルム型、フラットパネル型のプラットフォームなどのさまざまな表面に固定し、水中に沈めます。また、触媒の浸出、不十分な物質移動、逆反応などの実用的な問題にも直面しています。また、生成された水素を水から分離して収集するための追加の装置も必要となるため、装置が複雑になり、コストが増加します。ヒョン教授率いるIBS内のナノ粒子研究センターのチームは、効率的な水素生成のために水に浮かぶ新しいタイプの光触媒プラットフォームを設計した。この新しいプラットフォームは、上部の光触媒層と下部の支持層で構成される二層構造になっています (図 1A)。両方の層は、プラットフォームに高い表面張力を与える多孔質構造ポリマーで構成されています (図 1B)。さらに、プラットフォームは、内部にガスが充填された低密度を示す固体物質であるクライオエアロゲルの形で製造されています。その結果、このエラストマーは、ヒドロゲル 光触媒を埋め込んだものは水に浮くことができます (図 1C)。このプラットフォームは、光触媒による水素発生反応において明らかな利点を示します。まず、水による光の減衰が防止され、その結果、太陽エネルギーが効率的に変換されます。第二に、生成物である水素ガスは空気中に容易に拡散できるため、逆酸化反応が回避され、高い反応収率が維持されます。第三に、その多孔性により、水はエラストマーヒドロゲルマトリックスの内部にある触媒に容易に供給されます。最後に、触媒はマトリックス内に安定して固定化され、浸出の問題を引き起こすことなく長期間使用できます。研究者らは、従来の水中プラットフォームと比較して、浮遊プラットフォームの水素発生性能が優れていることを実験的に証明した。さらに、潜在的な産業化に不可欠なプラットフォームの拡張性も自然太陽光の下で実証されました。銅単原子触媒とチタニア触媒を用いた浮遊光触媒プラットフォームにより、面積80mで約1mLの水素を製造できることを確認2。さまざまな微生物や浮遊物を含む海水中で2週間運転しても、プラットフォームの水素発生性能は損なわれませんでした。キム教授は次のように述べています。「提案されたプラットフォームは、ポリエチレンテレフタレートのボトルなどの家庭廃棄物を溶解する溶液から水素を生成することもできます。したがって、このプラットフォームは廃棄物リサイクルのソリューションとなり、環境に優しい社会の実現に貢献します。」注目すべきことに、この研究は、水素生成だけに限定されない効率的な光触媒のための一般化されたプラットフォームを提示しています。プラットフォーム全体の浮遊性エアロゲル材料の特性を変えることなく、さまざまな用途に合わせて触媒コンポーネントを交換することが可能です。これにより、酸素発生反応、過酸化水素の生成、さまざまな有機化合物の生成など、他の光触媒反応へのプラットフォームの幅広い適用性が保証されます。 「この研究は光触媒の分野で大きな進歩をもたらし、世界クラスの性能を備えた海上でのグリーン水素生産の可能性を示しています。私たちのプラットフォームの特徴的な材料特性、高性能、光触媒分野での幅広い応用性は、間違いなく代替エネルギーの新たな章を開くでしょう」と Hyeon 教授は述べました。

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62908.php