ドレクセルの酸化チタン素材により、太陽光でグリーン水素の生成を促進

Aug 17, 2023

米国インフラ投資法の「クリーン水素ロードマップ」を含むクリーン エネルギー計画は、水素を将来の燃料として期待しています。 しかし、現在の水素分離技術は、効率性と持続可能性の目標をまだ達成できていません。 代替エネルギー源を可能にする材料を開発する継続的な取り組みの一環として、ドレクセル大学工学部の研究者らは、太陽光を利用して燃料源として遍在する分子の可能性を解き放つことができる酸化チタンナノフィラメント材料を製造した。

この発見は、温室効果ガスを生成し、多量のエネルギーを必要とする現在の方法に代わる方法を提供します。 太陽光だけを使って水から水素を分解できるプロセスである光触媒は、数十年にわたって研究されてきたが、このプロセスを可能にする触媒材料は1日か2日しか耐えられず、長期間の使用に限界があるため、検討から遠ざかっている。期間効率、そしてその結果としての商業的実行可能性。

工学部の研究者であるミシェル・バルスーム博士とフセイン・O・バドル博士が率いるドレクセルのグループは、ルーマニアのブカレストにある国立材料物理学研究所の科学者らと協力して、最近、光触媒酸化チタンベースの発見を報告した。 -一度に何か月もの間、太陽光が水から水素を収集するのに役立つ次元ナノフィラメント素材。 著者らによると、ジャーナル「Matter」に掲載された論文「水とメタノールの混合物における光触媒水素生成のための光安定性1DナノフィラメントTiO2ベースのレピドクロサイト」は、水素燃料を作成するための持続可能かつ手頃な方法を示しているという。

「当社の酸化チタン一次元ナノフィラメント光触媒は、市販の酸化チタン相当物よりも大幅に高い活性を示しました」とバドル氏は述べた。 「さらに、当社の光触媒は水中で6か月間安定であることが判明しました。これらの結果は、待望のナノマテリアルの研究室から市場への移行をついに開始できる新世代の光触媒を表しています。」

Barsoum のグループは 2 年前に、MXene 材料を製造するための新しいプロセスを開発していたときに、水酸化物由来ナノ構造 (HDN) (光触媒材料が属する酸化チタン ナノ材料のファミリー) を発見しました。ドレクセルの研究者はこれを長年研究しています。アプリケーションの。 MAX相と呼ばれる材料から層状二次元MXeneを化学的にエッチングするために標準的な苛性フッ化水素酸を使用する代わりに、研究グループは一般的な有機塩基である水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を使用した。

しかし、この反応ではMXeneを生成するのではなく、薄い繊維状の酸化チタンベースのストランドが生成された。チームは、これが太陽光にさらされると水分子から水素を分解する化学反応を促進する能力を持っていることを発見した。

「酸化チタン材料はこれまでに光触媒能力を実証しており、この特性について新しいナノフィラメントをテストすることは私たちの仕事の自然な部分でした」と彼は述べた。 「しかし、それらが光触媒であるだけでなく、水とメタノールの混合物から水素を生成するための極めて安定で生産性の高い触媒であることが判明するとは予想していませんでした。」

同グループは、5つの光触媒材料（さまざまな低コストで容易に入手可能な前駆体材料から得られる酸化チタンベースのHDN）をテストし、商業化に最も近い光触媒材料として広く受け入れられているエボニック・エアロオキサイドのP25と呼ばれる酸化チタン材料と比較した。 。

それぞれの材料を水とメタノールの溶液に浸し、太陽のスペクトルを模倣した調整可能な照明ランプによって生成される紫外可視光に曝露しました。 研究者らは、各反応器アセンブリで生成される水素の量と活動期間の両方を測定したほか、触媒材料と相互作用したときに水素を生成する光からの光子の数（各材料の触媒効率を理解するための指標）を測定した。