研究者らは金属箔でカプセル化された耐久性のある有機半導体光電面を設計

2022 年 9 月 22 日

GIST (光州科学技術大学) 著

水素は、カーボンニュートラルな燃焼生成物（水、電気、熱）により、化石燃料資源に代わる環境に優しい代替品として人気が高まっており、ゼロエミッション社会の次世代燃料とみなされています。 しかし、皮肉なことに、水素の主な供給源は化石燃料です。

クリーンで持続可能な方法で水素を生成する 1 つの方法は、太陽光による水の分解です。 「光電気化学（PEC）水分解」として知られるこのプロセスは、有機太陽電池の動作の基礎です。 この方法の魅力は、1) グリッドシステムを使用せずに限られたスペースで大量の水素製造が可能であること、2) 太陽エネルギーを高効率で水素に変換できることです。

しかし、このような利点にもかかわらず、従来の PEC で使用されている光活性材料は、商業環境に必要な特性を備えていません。 この点において、有機半導体（OS）は、その高性能かつ低コストの印刷により、商用 PEC 水素製造用の潜在的な光電極材料として浮上しています。 しかし、OS には化学的安定性が低く、光電流密度が低いという欠点があります。

現在、韓国の光州科学技術大学のサンハン・リー教授率いる研究チームが、ついにこの問題を解決したかもしれない。 Journal of Materials Chemistry A の表紙に掲載された最近の進歩では、研究チームは、プラチナで装飾されたチタン箔で OS 光電陰極をカプセル化することに基づくアプローチを採用しました。これは、「金属箔カプセル化」として知られる技術であり、これを防止するために、電解質溶液への暴露。

「金属箔のカプセル化は、OS に関する以前の研究や他のレポートで実証されているように、OS への電解質の浸透を妨げ、長期安定性を向上させるため、長期安定した OS ベースの光電陰極を実現するための強力なアプローチです。ベースの光電極です」と Lee 教授は説明します。

研究チームは、OS光電陰極がチタン箔とよく分散された白金ナノ粒子で覆われた有機太陽電池を作製した。 テストの結果、OS 光電陰極は可逆水素電極 (RHE) に対して 1 V の開始電位と、0 VRHE で -12.3 mA cm-2 の光電流密度を示しました。 最も注目すべきは、このセルが記録的な動作安定性を示し、OS に目立った劣化が生じることなく、最大光電流の 95.4% を 30 時間以上維持したことです。 さらに、チームは実際の太陽光の下でモジュールをテストし、水素を生成することができました。

この研究で開発された非常に安定性と効率性の高い PEC モジュールは、大規模な水素生産を可能にし、将来の水素ガソリン スタンドを建設するための革新的なルートを刺激する可能性があります。 「地球温暖化の脅威が増大する中、環境に優しいエネルギー源の開発が急務となっています。私たちの研究で検討したPECモジュールは、水素の大量生産と販売を同時に行うことができる水素ガソリンスタンドに設置することができます。 」とリー教授は言います。

詳しくは： Sehun Seo 他、水素生成のための長期安定した有機半導体光電陰極ベースの光電気化学モジュール システム、Journal of Materials Chemistry A (2022)。 DOI: 10.1039/D2TA02322A