太陽光を用いる水の完全分解のための色素増感型光触媒の開発

开发利用阳光完全分解水的染料敏化光催化剂

基本信息

批准号：
08J02036
负责人：
萩原英久
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

従来の研究で、紫外光下で水の光分解活性を示すKTaO_3をポルフィリン系色素で表面修飾すると、活性が向上することを見出した。本研究では、色素修飾KTaO_3光触媒の電荷移動過程の解明を試みるとともに、水の光分解活性のさらなる活性向上について検討した。1電荷移動過程の解明:KTaO_3光触媒の蛍光寿命を測定したところ、色素修飾によってKTaO_3の蛍光寿命は数nsから数百psに減少しており、KTaO_3表面の色素へ速やかに電荷が移動することがわかった。色素修飾KTaO_3光触媒で水を光分解するためには、紫外光と可視光でKTaO_3と色素をそれぞれ光励起する必要があることから、色素修飾KTaO_3中の電荷移動機構は植物の光合成に類似した二段階励起であり、KTaO_3中の励起電子が色素へ移動することで電荷分離が達成されていることが明らかとなった。2助触媒の複合による活性向上:金属酸化物とPtを複合して助触媒に用いると、Pt粒子が金属酸化物に内包されたコア/シェル構造が形成され、Pt助触媒上での逆反応が抑制されて活性が大きく向上した。さらに、昨年度に報告した修飾色素の複合効果と組み合わせることで、H_2及びO_2の生成速度はそれぞれ3.96及び1.98mmol g_<cat>^<-1>h^<-1>に達した。この生成速度はPt/KTaO_3光触媒のH_2及びO_2の生成速度と比較して約2000倍に向上しており、生成したH_2量と照射した光エネルギーから求められるエネルギー変換効率は、約0.05%と算出された。以上の結果から、色素修飾は無機半導体光触媒の水の光分解活性を向上させる効果的な手法であり、長波長域に光吸収帯を有する色素を用いることで、太陽光エネルギーの有効利用が可能な光触媒の開発が可能であることを見出した。

在先前的研究中，我们发现在紫外线下表现出水的光解活性的KTAO_3的表面修饰可通过使用卟啉染料来改善活性。在这项研究中，我们试图阐明染料改性的KTAO_3光催化剂的电荷转移过程，并研究了水的光降解活性的进一步改善。 1。阐明电荷转移过程：当测量KTAO_3光催化剂的荧光寿命时，发现KTAO_3的荧光寿命从几个NS降低至数百个PS，并且由于染料修饰而迅速转移到KTAO_3的染料表面上。 In order to photodecompose water with dye-modified KTaO_3 photocatalysts, it is necessary to photoexcite KTaO_3 and the dye with ultraviolet and visible light, and therefore it has been revealed that the charge transfer mechanism in dye-modified KTaO_3 is a two-stage excitation similar to that of plants' photosynthesis, and charge separation is achieved by the transfer of the excitation electrons in ktao_3到染料。通过结合两个cocatalysts来改善活性：当将金属氧化物和PT用作cocatalysts时，形成了将Pt颗粒封装在金属氧化物中的核/壳结构，从而抑制PT cococatalyst上的反向反应，从而显着改善了活性。此外，当与去年报告的改性染料的综合作用结合使用时，H_2和O_2的生产速率分别达到3.96和1.98 mmol G_ <CAT>^<-1> H^<-1>。与PT/KTAO_3光催化剂的H_2和O_2的生成速率相比，此发电率已提高约2000倍，并根据产生的H_2量确定的能量转换效率，计算得出的光能量为0.05％。从上述结果中可以发现，染料修饰是改善无机半导体光催化剂的光降解活性的有效方法，并且通过使用在长波长范围内具有光吸收带的染料，可以开发有效利用Solar Enermal的光催化剂。