水からの水素製造は、燃料の代替として広く研究されてきました。環境汚染の削減を目的としていますが、ほとんどのプロセスは効率が低く、大量の CO2 排出を引き起こします。しかし、最近の研究では、MOF が光触媒による水素製造を促進できることが明らかになっています。
オレゴン州立大学理学部のキリアコス・スティリアヌー教授と研究チームは、高速かつ効率的な水素製造を可能にする光触媒を共同開発した。この研究は、この新しい技術が温室効果ガス排出と気候変動対策に役立つ可能性を示している。
スティリアヌー教授は、「本研究は、MOF由来の金属酸化物ヘテロ接合が実用的な水素製造のための光触媒として大きな可能性を秘めていることを示しており、持続可能で効率的なエネルギーソリューションの開発に貢献するものです」と述べた。
ハイライト
- 1 時間に、1 グラムの RTTA-10,700 から XNUMX マイクロモルを超える水素が生成されました。
- このプロセスでは、10%という驚異的な割合で光子が使用されました。つまり、RTTA-10に当たる光子100個のうち1個が水素生成に寄与したことになります。
この研究では、研究者らは金属酸化物ヘテロ接合を導くために MOF を使用しました。導かれたヘテロ接合は、相補的な特性を持つ 2 つの材料の組み合わせです。これにより、太陽光にさらされると水を効率的かつ迅速に水素に分解する触媒が作られます。
彼らはこのヘテロ接合を RTTA と呼んでおり、MOF 由来のルテニウム酸化物とチタン酸化物を特徴としています。これらの酸化物には窒素と硫黄がドープされています。さまざまな量の酸化物を含む複数の RTTA をテストした後、彼らは最適なものを見つけました。
スティリアヌー教授は、「様々なRTTA材料の中で、ルテニウム酸化物含有量が最も低いRTTA-1は、最も速い水素生成速度と高い量子収率を示した」と述べた。
MOFは、正電荷を帯びた金属イオンと有機リンカー分子から構成されています。また、構造を調整可能で、微細な細孔を有しています。さらに、MOFの特性は、その設計に使用される構成要素によって決定されます。
KISTの研究者らは、活性MXeneを用いた費用対効果の高いグリーン水素製造の別の方法を提案している。
持続不可能な水素製造方法
メタン水蒸気改質法は、天然ガスから水素を生成する一般的な従来法です。しかし、これは全体として炭素を生成するプロセスです。この方法は電気触媒反応を利用しており、触媒に電流を流します。この方法は環境を汚染するだけでなく、コストも高額です。水素1キログラムあたりの製造コストは約1.50ドル、グリーン水素1キログラムあたりは約5ドルかかります。
新しい研究で使用される材料に関して、スティリアヌー教授は次のように述べています。「酸化ルテニウムは安価ではありませんが、私たちの光触媒で使用される量はごくわずかです。工業用途においては、触媒が優れた安定性と再現性を示すならば、この少量の酸化ルテニウムのコストはそれほど重要ではなくなります。」
