ポーラス金属酸化物光アノードのナノ構造制御による高効率太陽光水分解

通过多孔金属氧化物光电阳极的纳米结构控制实现高效太阳能水分解

基本信息

批准号：
15F14909
负责人：
八木政行
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F14909/
关键词：
光触媒メソポーラス材料可視光水分解光アノード

项目摘要

高効率太陽光水分解系の水の光酸化アノードとして、Fe2O3、WO3などの可視域n-型半導体電極に高い関心が寄せられている。高い表面積を有する結晶性メソポーラス金属酸化物半導体電極は、通常の金属酸化物半導体電極よりも高い光アノード特性が期待される。しかし、多くの金属酸化物で高温での結晶化の際にメソポーラス構造が崩壊してしまうため、結晶性メソポーラス金属酸化物の合成は困難である。本研究では、親水性芳香族部位を有する界面活性剤テンプレートを利用した独自の手法を用いて小細孔を有する結晶性メソポーラス金属酸化物半導体光触媒の合成に挑戦すると共に、その細孔構造制御を目指して研究を行った。TEM測定より、作製したWO3/PAL2-16表面には直径約3 nmの細孔が規則正しく形成されているのが確認された。窒素下で焼結（450 ºCまたは550 ºC）した後、酸素雰囲気下に変更して焼結を続けると、WO3が結晶化するため規則的な構造がやや壊れる傾向を示すものの、メソポーラス構造が保持されることが分かった。空気下で作製したWO3サンプルでは、メソポーラス構造が保持されなかったことより、窒素／酸素の雰囲気変更が重要であることが示された。窒素下で焼結することによりPAL2-16キレート剤が炭化され、これがメソポーラス構造の支柱となるため、結晶性メソポーラス構造が保持されたと考えられる。WO3/PAL2-16電極を用いた光触媒反応では、バルクのWO3電極と比較して、電荷量が6.6倍向上し、酸素発生量も12倍に向上した。このように、結晶性メソポーラスWO3電極が高い光電気触媒活性を示すことを明らかにした。

作为高效率太阳光学氢阳极氧化物，对可见的N型半导体电极（例如Fe2O3和WO3）引起了很高的兴趣。晶体中氧化物半导体电极的表面积高，其光学阳极特性比正常的金属氧化物半导体电极具有更高的光学阳极特性。但是，很难合成结晶介孔金属氧化物，因为许多金属氧化物在高温下结晶时会崩溃。在这项研究中，我们将挑战结晶的介孔金属氧化物半导体的合成，该氧化金属半导体使用具有亲水性芳香族部分的表面活性剂模板使用独特的方法，并使用了多孔结构控制。从TEM测量值确认，制成的WO3/PAL2-16表面经常在直径约3 nm的表面上形成。在氮（450ºC或550ºC）下进行烧结，在氧气大气下发生变化并持续烧结，这表明正规结构往往会被损坏，因为WO3结晶了，但中孔结构已保持不变。在空气中制备的WO3样品表明，氮 /氧气的大气比未保留介孔结构很重要。 PAL2-16螯合剂通过在氮气下烧结而被碳，这是介孔结构的支柱，以便保持晶体中孔结构。在使用WO3/PAL2-16电极的光学催化反应中，电荷量为6.6倍，与散装WO3电极相比，产生的氧气量为12倍。因此，揭示了晶体中孔WO3电极显示出高光学催化剂活性。