太陽光水素製造に応用へ…可視光→紫外光、重金属使わず変換効率20%超を実現する分子性材料

九州大が開発

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青色レーザー光照射時のサンプルが発光(九大提供)

九州大学大学院の楊井伸浩准教授、宇治雅記大学院生らは、光触媒による水素燃料製造や環境浄化の効率化に向け、重金属を用いずに可視光を紫外光に高効率で変換する分子性材料を開発した。従来は約8・2%だった変換効率を20・3%まで高めた。低コストで環境にも配慮した太陽光水素製造システムなどに応用できる。

強い可視光吸収を示し、異なる量子状態の間で起こる項間交差の効率が高いケトクマリン誘導体に着目。これとエネルギーを効率的に受け取り紫外域で発光するアクセプター分子を組み合わせた。

これにより変換に必要な励起光強度を1平方センチメートル当たり数十ミリワットまで下げられ、太陽光と同等の弱い強度で可視光を紫外光へ変換できた。従来は太陽光より1000倍程度強い可視光が必要だった。

「三重項―三重項消滅(TTA)」と呼ばれる、二つの励起三重項状態の分子が衝突してエネルギーが他方に移り、より高い励起状態となる過程を利用して変換する。

太陽光による水素製造の効率化には、高いエネルギーを持つ紫外光を使う必要がある。だが、太陽光の大部分は可視光や近赤外光で強度も弱いため、低い励起光強度で働く変換系が求められる。

日刊工業新聞 2022年1月14日

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