利用新型薄膜形成工艺使人工光合成效率提高百倍以上

2016-11-100阅读0

  富士通研究所2016年11月7日宣布,在人工光合技术方面开发出了使氧气产生效率提高至百倍以上的新型薄膜形成工艺。作为用以解决全球变暖问题以及化石能源枯竭问题的能源及环保基础技术之一,该技术有望为将来实现可持续社会做出贡献。

  

今次开发的材料对阳光的反射率

  (图片出自富士通研究所的新闻发布资料)

  人工光合技术利用阳光、水及二氧化碳人工生成氧、氢及有机物等可储存的能源。原来在阳光与水反应的可见光反应电极方面,大多使用半导体材料以及由较大颗粒状的光激励材料以低密度构造凝固而成的材料,在阳光(可视光波长)中可利用的波长范围较窄,因此很难在化学反应中获得充分的电流量。

  

此次开发的薄膜形成工艺技术。将原料粉末破碎成薄板状的同时在基板上层积。

  (图片出自富士通研究所的新闻发布资料)

  此次改进了用以在柔性封装片材上形成电容器等无源元件的电子陶瓷成膜法(纳米颗粒沉积法,NPD),开发出了在用喷嘴喷附光激励材料的原料粉末时,一边将原料粉末破碎成薄板状一边在基板层积的薄膜形成工艺。

  

人工光合的明反应电极部的材料构造。膜表面附近规则排列着电子密度高的结晶面。

  (照片出自富士通研究所的新闻发布资料)

  通过对光激励材料的原料粉末做成分改变,使其能够在成膜后变为拥有原子级应变的结晶构造,将可吸收阳光能量的最大波长从原来的490nm扩大到了630nm,使可利用的光量提高到了2倍以上。形成的薄膜在结晶性上表现良好,形成了材料中的颗粒间电子传导特性出色的细致构造。

  另外,由于膜表面规则排列着电子密度高的结晶面,因此材料与水的反应表面积扩大到了50倍以上。目前已确认由此可使电子及氧气产生效率提高至100倍以上。材料内部的构造分析是富士通研究所与东京大学共同实施的。

  今后富士通研究所将进一步改进光激励材料和工艺技术,在提高明反应电极的特性的同时,致力于暗反应部(二氧化碳还原反应)及整体系统的技术开发,力争使人工光合技术达到实用水平。该技术的详细情况已于2016年10月19日(当地时间)刊登在英国科学杂志《科学报告》(Scientific Reports)的在线版上。(特约撰稿人:工藤 宗介)

  (全文完)