阪大,太陽光によりH2O2からH2を生成

大阪大学の研究グループは,太陽光照射下,H3PO4とメタルフリー粉末触媒を用いて,H2O2水溶液からH2を生成させる光触媒技術を開発した(ニュースリリース)。

H2O2は漂白剤や消毒剤として重要な化学物質であるほか,燃料電池発電の燃料として利用できるため,近年は,再生可能エネルギーの貯蔵・輸送を担うエネルギーキャリアとして注目されている。

従来,H2O2は,H2とO2を多段階で反応させるエネルギー多消費型の方法により合成されている。一方,最近では,太陽光エネルギーにより水と酸素ガス(O2)からH2O2を合成する(H2O+1/2O2→H2O2)省エネルギー性の高い光触媒型H2O2製造法も開発されており,H2O2のエネルギーキャリアとしての利用可能性も高まっている。

H2O2をエネルギーキャリアとして社会実装するには,水素キャリアとしても利用できることが欠かせない。すなわち,H2O2からオンサイトでH2を生成させる反応技術(H2O2→H2+O2,ΔG○=+131kJ mol-1)が必要。ところが,H2O2の還元(H2O2+H++e→H2O+●OH,H2O2+2H++2e->→H2O)がH+の還元に優先して進行してしまう。

さらに,光触媒として用いられる金属・金属酸化物半導体を用いた場合には,表面でH2O2が分解されてしまう(H2O2→H2O+1/2O2,ΔG=-117kJ mol-1)。そのため,これまでH2O2水溶液からH2を生成させた例はなかった。

今回研究グループでは,H3PO4とメタルフリー粉末触媒をH2O2水溶液に入れて,太陽光(可視光)を照射することにより,H2が生成することを見出した。これはメタルフリー触媒であるためH2O2の分解が進行しないほか,H2O2とH3PO4が水素結合することにより安定化錯体を形成して,H2O2の還元を抑制し,H+の還元を促進できるようになるため。

H3PO4は,古くから安定化剤として市販のH2O2水溶液に加えられている。そのため,H3PO4を含むH2O2水溶液を貯蔵・輸送し,安価なメタルフリー光触媒を用いてオンサイトでH2を製造する,新たなエネルギー循環に向けての社会実装が期待できるとしている。

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