１３太陽光と可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒を用いる水からの高効率水素生成系の構築大阪府立大学ＳＰ＜研究の目的と概要＞近年、酸化チタン光触媒を利用する環境浄化に向けた製品が多く市場に出回りつつある。しかし、従来タイプの酸化チタン光触媒は紫外光の照射を必要とするため、太陽光や可視光の照射下で機能する光触媒系の開発が望まれている。安保研究室では、イオン注入法やマグネトロンスパッタ法などのイオン工学的手法を用い、紫外光から可視光までの全光域を吸収し機能する第二世代の酸化チタン光触媒の開発に関する研究を行っている。これにより、太陽光の照射による環境保全、また、水素エネルギーの安定供給を可能とする光触媒系の構築が可能になると期待される。太陽光照射下で機能する酸化チタン薄膜光触媒による水からの水素エネルギーの製造 →最も理想的なエネルギーサイクル太陽光 H2 + 1/2O2 可視光応答型酸化チタン光触媒 ΔGO = 238 kJ / mol エネルギー出力 H2O 特許関連分野ﾊﾟｰﾄﾅｰへの要望ﾊﾄﾅへの要望出願中共同研究先有無技術段階研究段階実用化段階小型燃料電池へのオンサイトでの水素供給システム全固体型太陽電池への応用お互いの得意分野を活かして次世代エネルギーである水素の供給システムをともに開発しましょう。次世代エネルギである水素の供給システムをともに開発しましょう。工学研究科・物質・化学系専攻安保正一松岡雅也竹内雅人 E-mail：anpo＠chem.osakafu-u.ac.jp TEL：072-254-9282 FAX：072-254-9910 １３大阪府立大学太陽光と可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒を用いる水からの高効率水素生成系の構築水高効率水素成系構築 P1 ＜研究の目的と概要＞近年、酸化チタン光触媒を利用する環境浄化に向けた製品が多く市場に出回りつつある。また、酸化チタン光触媒は、水の直接分解による水素製造、二酸化炭素の水による還元固定化反応など、エネルギー貯蓄型の反応を誘起する。しかし、従来の光触媒は紫外光の照射を必要とするため、太陽光や可視光の照射下で機能する酸化チタン光触媒の開発が望まれている安保研究室ではイオン注入法やマグネトロンスパッタ法などのイオン工学的手法を用い紫外光からが望まれている。安保研究室では、イオン注入法やマグネトロンスパッタ法などのイオン工学的手法を用い、紫外光から可視光までの全光域を吸収し機能する第二世代の酸化チタン光触媒の開発に関する研究を行っている。これにより、太陽光の照射による環境保全、また、水素エネルギーの安定供給を可能とする光触媒系の構築が可能になると期待される。（2）可視光応答型酸化チタン薄膜を用いた水素と酸素の分離生成（1）マグネトロンスパッタ法マグネトロンスパッタ法によるによる可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒の創製マグネトロンスパッタ法を用い各種基板上に基板温度を873Kに制マグネトロンスパッタ法を用い、各種基板上に基板温度を873Kに制御して成膜することで、紫外光から600 nm以上の領域の可視光までを吸収する可視光応答型酸化チタン薄膜の創製に成功した。TEM、SIMS 測定の結果、薄膜は表面から内部にかけてO/Ti比が傾斜的に減少する異方的構造を有しており、この特異な結晶構造が可視光応答性に寄与していることがわかった。 Ti基板上に成膜した可視光応答型TiO2薄膜光触媒を２槽型セルに適用することで、太陽光の照射で水を水素と酸素に完全分解し、かつ水素と酸素を分離して生成する光触媒プロセスの創製に成功した。太陽光追尾型集光装置光触媒 Pt TiO2薄膜 O2 H+ ヒーター基板 e- OH- H2 Ti基板 Arプラズマ雰囲気磁場 S N N S 磁場石英ターゲット (TiO2) 光ファイバー太陽光イオン透過膜図. マグネトロンスパッタ法の概念図 473K 673K 873K TiO2薄膜の色表面 100 O/Ti = 2.00 透過率 / ％ 473 K 673 K 50 873 K 0 200 400 600 800 波長 / nm TiO2薄膜の紫外・可視光吸収特性に及ぼす C.B. C.B. V.B. V.B. O/Ti = 1.933 石英基板 1 µm Amounts of evolved H2 and O2 / A μmol 二槽型反応セル（ステンレス製）マグネトロンスパッタ装置 Relative intensity of solar light / a. u. N S h+ 25 Solar beam intensity H2 20 15 10 O 2 5 0 0 2 4 可視光応答型TiO2薄膜光触媒の断面TEM像 6 8 (17:30) (9:30) Time / h 成膜時の基板温度の影響簡便な１段階のドライ成膜プロセスで可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒の創製に世界で初めて成功可視光応答型TiO2薄膜光触媒を２槽型セルに適応し、太陽光照射下で水を分解し水素と酸素を分離生成した１日の経時変化（ｹﾐｶﾙﾊﾞｲｱｽ存在下）２槽型セルに可視光応答型薄膜光触媒を適用することで太陽光照射下での水からの水素と酸素の分離生成に成功工学研究科・物質・化学系専攻安保正一松岡雅也竹内雅人 E-mail：anpo＠chem.osakafu-u.ac.jp TEL：072-254-9282 FAX：072-254-9910 １３太陽光と可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒を用いる水からの高効率水素生成系の構築大阪府立大学 P2 本研究の用途副次的効果太陽光照射下で機能する酸化チタン薄膜光触媒による電力源のない山頂での環境浄化水からの水素エネルギーの製造室内で利用可能な光触媒材料への展開アジア地域での汚染水の浄化システム携帯電話携帯情報端末ノートパソコンモバイル機器用小型燃料電池へのクリーンな水素供給クリンな水素供給養殖池宇宙ステーションオンサイトでのクリーンな酸素の利用（病院や養殖産業など）実用化に向けた課題さらなる可視光応答型光触媒の活性向上大面積基板への可視光応答型光触媒薄膜の成膜より高効率な太陽光照射を可能とする大型太陽光集光システムとの複合化お問合せは・・・・・大阪府立大学産学官連携機構リエゾンオフィスへ TEL：072-254-9872 FAX：072-254-9874 E-mail：[email protected] 〒599-8570 大阪府堺市中区学園町1番2号