半導体微粒子による高効率光酸化および光還元反応

使用半导体颗粒的高效光氧化和光还原反应

基本信息

批准号：
62213002
负责人：
佐藤真理
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Special Project Research
财政年份：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酸化物半導体の光触媒としての活性は様々な要因によって大きく変ることが知られているがその原因については十分に解明されていない. 本研究では代表的な酸化物半導体である酸化チタンについて, どの様な要因が重要であるかを調べた. 反応としては, 一酸化炭素およびエタンの光酸化反応, 犠牲酸化済還元剤存在下の光酸素および光水素発生反応, 水の光分解を行なった. 酸化チタンには三つの結晶形, アナタース, ルチル, ブルッカイトがあるが, これら結晶素と光触媒活性との関係, またそれぞれの結晶形について不純物の影響, 粒径効果, キャリヤー濃度依存性について調べた結果, 次のことがわかった. (1)塩素や硫酸根は不純物としてすべての反応にたいする活性を著しく低下させるため, 塩化チタンあるいは硫酸チタンから調整した酸化チタンの活性はイソプロポキサイドより調整したものよりかなり低い. (2)光酸化活性は粒径が小さいほど大きくなり, 他の要因には依存しない. (3)光酸素発生反応にたいする活性はルチルが高く, 粒径が小さいと活性が下がる. (4)光水素発生反応ではアルコール類およびEDTAを用いた時は結晶形による差異はないが, 他の還元剤の場合はアナタースがルチルより活性が高く, 粒径効果はいずれの場合もない. (6)光電気化学反応では活性はキャリヤー濃度に依存するが光酸化反応では依存しない.以上の結果は反応の種類あるいは機構の違いによって光触媒活性を支配する要因が変化することを示している. これは光誘起された電子および正孔と反応物質との間の相互作用の仕方が異なるためであり, それぞれの反応について上記結果は合理的に説明することができる. また酸化チタン以外の酸化物半導体についても検討した結果, 同種の結論が得られた.

众所周知，氧化物半导体的光催化活性根据各种因素而变化很大，但其原因尚未完全阐明，这些反应包括一氧化碳和乙烷的光氧化反应、光氧和光氢生成反应。在牺牲性氧化还原剂存在下，水的光解具有三种晶型，有锐钛矿、金红石和板钛矿，通过研究这些晶体元素与光催化活性之间的关系，以及杂质的影响、粒径效应和载流子浓度对每种晶型的依赖性，我们发现了以下内容(1)由氯化钛或硫酸钛制备的氧化钛的活性明显低于由异丙醇制备的氧化钛，因为氯和硫酸根充当杂质并显着降低所有反应的活性。（2）粒径越小，光氧化活性越大，且不依赖于其他因素。（3）金红石对光产氧反应的活性越高，粒径越小越低。 (4)光氧化活性在氢生成反应中，使用醇和EDTA时，根据晶型没有差异，但使用其他还原剂时，锐钛矿比金红石活性更高。在这两种情况下都没有粒径效应。 (6) 在光电化学反应中，活性取决于载流子浓度，但在光氧化反应中则不然。上述结果表明，控制光催化活性的因素根据反应的类型或机理而变化。光诱导电子和空穴与反应物之间相互作用的不同方式，并且在检查半导体后也可以合理地解释上述结果。