微粒子半導体光触媒を用いる水分解による太陽光水素製造反応システム
Reaction systems for solar hydrogen production via water splitting with particulate semiconductor photocatalysts
2019年3月11日 Nature Catalysis 2 : 3 doi: 10.1038/s41929-019-0242-6
簡便な水素製造方法として、微粒子半導体材料を用いる光触媒水分解が研究されている。しかし、完全かつ実用的で再生可能な太陽光水素製造プロセスの開発にはまだ多くの障害が残されている。本総説では、水分解による大規模な太陽光水素製造向けの微粒子光触媒系について、現状ともたらし得る影響に重点を置いて論じる。また、実用スケールで太陽光を燃料に変換するコストと効率の目標についても、太陽光水素製造システムの最大許容コスト（最大でUS$102 m–2と見積もられている）に基づいて概説する。さらに、高効率酸化物光触媒を例に用いて、微粒子光触媒材料の設計原理を検討するとともに、大面積に拡張可能な光触媒反応装置を作製する方法についても紹介する。最後に、安価な高効率光触媒系の開発に関する課題と有用性が見込まれる解析方法の概略を述べる。
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Photocatalytic water splitting using particulate semiconductor materials has been studied as a simple means of hydrogen production. However, there are still many obstacles to the development of complete, practical and renewable solar hydrogen production processes. This review discusses particulate photocatalyst systems intended for large-scale solar hydrogen production via water splitting, focusing on their current status and potential impact. The cost and efficiency targets for solar-to-fuel conversion on a practical scale are also reviewed, based on the maximum allowable cost of solar hydrogen production systems, which has been estimated to be US$102 m–2, at most. Particulate photocatalyst material design principles are discussed, using efficient oxide photocatalysts as examples. Approaches to constructing photocatalytic reactors extensible to large areas are also introduced. Finally, challenges related to the development of efficient and inexpensive photocatalyst systems and potentially useful analytical methods are outlined.
