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2014年8月 2日 (土)

可視光でアンモニア人工光合成に成功

2014年7月31日
サイエンスポータル科学ニュース
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 空気中の窒素を固定して、アンモニアを
可視光で合成する新しい人工光合成に、
北海道大学電子科学研究所の三澤弘明教授
と上野貢生(こうせい)准教授、押切友也
助教らの研究グループが成功した。
 
 可視光を含む幅広い波長域の光エネルギー
を電気エネルギーに変換できる酸化物半導体
基板に金ナノ微粒子を配置した光電極で、
この新しい人工光合成を実現した。
 
 アンモニアは水素よりエネルギー密度が
高く、将来のエネルギーキャリアとして注目
されており、アンモニアの人工光合成には
大きな可能性がある。
 
 7月 17 日付のドイツ化学会誌
Angewandte Chemie International Edition
のオンライン版に発表した。
 
 同じ研究グループは金微粒子などで
水の光分解、水素と酸素の発生にも成功し、
7月2日付の同誌に発表した。
 
 いずれも、可視光による人工光合成に
道を開く重要な成果として注目されている。
 
 半導体の光触媒として現在広く使われて
いる酸化チタンは、太陽光の中に5%程度
含まれる紫外線しか利用できない弱点が
ある。
 
 北大の三澤弘明教授らは、光と金属表面
の自由電子の集団運動が共鳴する
プラズモン共鳴現象が起きる金微粒子に
着目して、化学反応の触媒としての活用を
研究してきた。
 
 酸化物半導体のチタン酸ストロンチウム
の単結晶基板上に、光を捉えるアンテナ構造
として髪の毛の太さの 1000 分の1程度の
サイズの金のナノ微粒子
(平均粒径50nm 程度)を高密度に配置し、
その背面に窒素をアンモニアへ変換する
助触媒としてルテニウムの微粒子を配置
した電極を作った。
 
 金ナノ微粒子側(陽極)がアルカリ性水溶液
の酸化槽に、ルテニウム側(負極)が
酸性窒素ガスを封入した還元槽に接する
ようにして可視光を照射すると、
アンモニアが合成された。
 
 この合成反応のみかけの量子収率
(入射した光子が反応に使われた電子に変換
された比率)はプラズモン共鳴スペクトル
とよく一致した。
 
 このことから、金ナノ微粒子の
プラズモン共鳴による電荷の分離が
アンモニア合成につながっていることが
わかった。
 
 研究グループは、光アンテナで効率的に
集められた光子で、金の電子が高い
エネルギーレベルまで励起されて、
チタン酸ストロンチウム、ルテニウムへの
電子移動と、ルテニウム表面上での窒素の
還元によるアンモニアの合成を誘起すると
みている。
 
 三澤弘明教授らは「特筆すべき点は、
太陽光に豊富に含まれる 波長600nm近傍を
ピークとした可視光でアンモニア合成に
成功していることだ。
 
 まだ収量は非常に少ないが、原理的に
実証した意義が大きい。
 
 工夫すれば、太陽光に含まれる
エネルギーを余すことなく化学エネルギー
に変換可能な人工光合成の実用化への展開
が期待できる」と指摘している。
 
 関連リンクです。
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 可視光でアンモニア合成に成功したと
いうのは素晴らしいですね。
 
 ただ、まだ実用化までには時間がかかり
そうです。
 
 早く、太陽光に含まれるエネルギーを
余すことなく化学エネルギーに変換可能
な人工光合成の実用化までたどり着きたい
ですね。
 
 人口光合成は多くの研究者が日々努力
しているテーマですからいずれその日は
来るのだと思いますが、、

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