複合酸化物中で安定に共存する電子・正孔捕獲欠陥とその光化学応用

复合氧化物中稳定共存的电子/空穴捕获缺陷及其光化学应用

基本信息

批准号：
12750601
负责人：
小俣孝久
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までの研究により、パイロクロア型およびペロブスカイト型の高温プロトン導電体では、電子捕獲欠陥と正孔捕獲欠陥が共存していること、それらの欠陥に由来する光吸収帯の強度はパイロクロア型プロトン導電体よりもペロブスカイト型プロトン導電体の方が強いことなどが明らかとなっていた。本年度は、光化学応用の一例として、その光触媒作用を中心に検討した。実験は、強い光吸収帯をもつペロブスカイト型プロトン導電体で行った。光触媒活性は、キセノンランプ光を照射した際のメチレンブルー水溶液の光ブリーチングと水の酸素と水素への分解により評価した。その結果、CaZrO_3やSrZrO_3をベースにしたプロトン導電体では、光触媒活性は非常に小さかったが、エネルギーバンドギャップが5eV程度であることを考慮すると、欠陥準位を介した電子励起が関わっている兆候であるといえた。SrCeO_3をベースにしたプロトン導電体では、僅かではあるが水の分解が検出できた。SrCeO_3はもともとのエネルギーバンドギャップが可視域にあったので、SrCeO_3をベースにしたプロトン導電体で観測された光触媒活性は、電子・正孔捕獲欠陥を介した光励起によって生成した電子と正孔ではなく、バンド間遷移により生成した電子と正孔が光触媒反応に関わったに違いない。一連の実験結果を以下のように総括した。高温プロトン導電体では電子捕獲欠陥と正孔捕獲欠陥が安定に共存した。それらの欠陥準位を介した励起は、光触媒反応のような化学反応に関与する電子と正孔となりうる。欠陥の積極的な利用により、光化学的応用の新たな展開が開けるに違いない。より高濃度にそれら欠陥が存在する物質の探索が望まれる。

去年的研究表明，烧绿石型和钙钛矿型高温质子导体中同时存在电子俘获缺陷和空穴俘获缺陷，并且由这些缺陷产生的光吸收带强度低于钙钛矿型高温质子导体的光吸收带强度。烧绿石型质子导体显然钙钛矿型质子导体更强。今年，我们重点关注其光催化作用，作为光化学应用的一个例子。该实验是使用具有强光吸收带的钙钛矿型质子导体进行的。通过在氙灯照射下亚甲基蓝水溶液的光漂白以及将水分解成氧气和氢气来评价光催化活性。结果，基于CaZrO_3和SrZrO_3的质子导体的光催化活性非常小，但考虑到能带隙约为5eV，可以说存在涉及通过缺陷能级的电子激发的迹象。在基于SrCeO_3的质子导体中，可以检测到水分解，尽管很轻微。由于SrCeO_3的原始能带隙在可见光范围内，因此在SrCeO_3基质子导体中观察到的光催化活性不是由电子/空穴捕获缺陷光激发产生的电子和空穴引起的，而是由带间跃迁产生的电子和空穴引起的。都参与了光催化反应。一系列实验的结果总结如下。在高温质子导体中，电子捕获缺陷和空穴捕获缺陷稳定共存。通过这些缺陷能级的激发可以产生参与光催化反应等化学反应的电子和空穴。积极利用缺陷必将开辟光化学应用的新发展。期望寻找其中这些缺陷以更高浓度存在的物质。