高効率可視光水分解を実現するメタルシアノフェレート表面修飾型光触媒の開発

开发实现高效可见光分解水的金属氰基铁酸盐表面修饰光催化剂

基本信息

批准号：
19J23359
负责人：
松岡輝
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体光触媒に光生成した正孔がレドックス媒体[Fe(CN)6]4-を酸化し、励起電子が水を還元し水素を生成する反応系において、メタルシアノフェレート（AaM[Fe(CN)6]b, A：カウンターカチオン、M：金属種、a, b：組成比、以後MCFと略）を光触媒表面に修飾すると、[Fe(CN)6]4-の酸化が促進され、結果として水素が効率よく生成することをこれまでに実証してきた。当該年度では、昨年度までの「MCF種による[Fe(CN)6]4-の酸化促進」により得た知見に基づき「[Fe(CN)6]4-以外の基質の酸化促進」への展開を目指した。数種の基質に関して検討を進めそれぞれ成果を収めたが、以下には「水の酸化」に関して概要を述べる。水の酸化による酸素生成を促進する「助触媒」として従来、コバルト（Co）等の遷移金属を含む材料が用いられてきた。しかし、これらのほとんどは酸性条件下では容易に溶解し、その助触媒能が失活してしまうことが強く示唆されている。そこで本研究では、Coシアノフェレート（例：Co2[Fe(CN)6]）が水の酸化触媒能を有し、かつ酸性条件下でも化学的に安定であることに着目した。Co2[Fe(CN)6]（以後CoCFと略）を、代表的な酸素生成光触媒であるTaON粒子に担持して酸素生成助触媒としての応用を試みた。pH 3に調整した硝酸銀水溶液からの酸素生成では、従来のCo種（CoOx(OH)y）を担持しても活性は向上せず、CoCFを担持した際にのみ未修飾の場合と比較して活性が2倍程度向上した。本結果と各助触媒を担持した光触媒粒子の酸性水溶液中での安定性試験から、酸性条件下において、従来のCo種（CoOx(OH)y）は溶解するため助触媒として機能できない一方で、CoCFは溶解し難いために、光触媒上で安定に酸素生成助触媒として機能し、水の酸化を促進できることを明らかにした。

在半导体光催化剂中光生空穴氧化氧化还原介质[Fe(CN)6]4-，激发电子还原水生成氢气的反应体系中，金属氰基铁酸盐(AaM[Fe(CN)6]b，A：抗衡阳离子，M：金属种类，a，我们之前已经证明，当光催化剂表面以b：组成比（以下简称MCF）修饰时，会促进[Fe(CN)6]4-的氧化，从而有效地产生氢气。本年度，基于前一年“MCF物种对[Fe(CN)6]4-的氧化促进”的知识，我们将扩大到“对[Fe(CN)6]4-以外的底物的氧化促进” )6]4-''。我们已经对几种类型的底物进行了研究，并为每种底物取得了成果，但下面我们将概述“水氧化”。传统上，含有钴（Co）等过渡金属的材料已被用作“助催化剂”，促进通过水氧化产生氧气。然而，强烈表明它们中的大多数在酸性条件下容易溶解并且它们的助催化能力被失活。因此，在本研究中，我们重点关注氰基铁酸钴（例如Co2[Fe(CN)6]）具有水氧化催化能力，并且即使在酸性条件下也具有化学稳定性。我们尝试将Co2[Fe(CN)6]（以下简称为CoCF）应用于TaON颗粒（一种典型的产氧光催化剂）作为产氧促进剂。在由调节至pH 3的硝酸银水溶液产生氧气时，即使负载传统的Co物种(CoOx(OH)y)，活性也没有提高，并且仅当负载CoCF时，与未修饰的情况相比，活性增加了10倍。大约2次。从该结果以及负载各助催化剂的光催化剂颗粒在酸性水溶液中的稳定性测试发现，在酸性条件下，传统的Co物种(CoOx(OH)y)不能起到助催化剂的作用，因为它会溶解。 CoCF很难溶解，但研究表明它可以稳定地作为光催化剂上的产氧助催化剂并促进水氧化。