NTTが350時間の連続動作が可能な人工光合成デバイスを開発研究開発の最前線

NTTは、350時間の連続動作が可能な人工光合成デバイスを開発した。半導体光触媒と金属触媒を電極として組み合わせ、気体状態にある二酸化炭素の効率的な変換を可能とした。

» 2023年11月15日 11時00分 公開
[MONOist]

 NTTは2023年10月27日、350時間の連続動作が可能な人工光合成デバイスを発表した。半導体光触媒と金属触媒を電極として組み合わせ、気体状態にある二酸化炭素(CO2)の効率的な変換を可能とした。

キャプション 植物の光合成と人工光合成の比較イメージ[クリックで拡大] 出所:NTT

 同デバイスの半導体光触媒には、窒化ガリウム(GaN)系電極を用いている。表面に酸化ニッケル(NiO)の薄膜を形成することで、水溶液との接触で生じるGaNの劣化を抑制する。NiO層の厚さは2nmで光を十分に透過するため、GaNの反応は妨げない。

 また、CO2を還元する金属触媒は、水溶液中のプロトン(H+)を透過する電解質膜と繊維状金属を一体化した電極構造を採用。水溶液中に電極を浸漬させることなく、気体状態にあるCO2を直接変換できるようにした。これにより、水溶液中に溶解させたCO2を還元する従来の手法に比べ、CO2変換効率を10倍以上、向上させることに成功した。

キャプション 人工光合成デバイスの概略図[クリックで拡大] 出所:NTT
キャプション 実験用デバイスの写真 出所:NTT

 同デバイスに疑似太陽光を照射した実験では、連続で350時間、CO2を一酸化炭素(CO)やギ酸(HCOOH)に変換できた。生成したCOやHCOOHから算出した単位面積当たりの累積炭素固定量は420g/m2で、スギ1本分の年間炭素固定量を超える。

キャプション 光照射時間に対する炭素固定量の変化[クリックで拡大] 出所:NTT

 今後、太陽光エネルギーによるCO2削減技術の確立を目指し、高効率化、長寿命化を図り、屋外試験に取り組む考えだ。

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