可視光水分解光触媒の新しい設計概念

可见光水分解光催化剂新设计理念

基本信息

批准号：
20655034
负责人：
池田茂
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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

光触媒を用いた水分解反応において、酸化亜鉛(ZnO)と窒化ガリウム(GaN)からなる固溶体が、適当な水素発生触媒(RuO_2あるいはRh/Cr酸化物)を担持させると、可視光で水を分解できることが最近見出された。この材料は、ZnOとGaNが複合化することで、バンドギャップが小さくなっていると理解されていたが、われわれの最近の実験結果(発光分光)この可視吸収の要因がGaN結晶中のGaにZnが置換することによって形成される(Zn濃度によってポテンシャルが変化する)アクセプター準位によるものであること、固溶体の固有吸収端(バンドギャップ)は紫外域にあることを突き止めた。また、この固溶体では、NがOが置換することによって浅いドナー準位も同時に形成されており、可視光による水分解活性の発現には、このようなアクセプターとドナーが共ドープされた電子エネルギー構造が必須であるという独自の見解に至った。本研究は、このようなアイデアに基づいて、電子エネルギー構造を制御した材料を作製し、その特性を評価することで、まったく新規な水分解光触媒材料群の開発するための基礎作りをするものである。本年度は、窒素化合物(LiN)を用いた新たなGaN調製への試み、アクセプターの種類や濃度を変化させたGaNの発光分光による解析、GaN電極作製に向けた薄膜材料の調製手法の開発などを進めた。また、一連の研究の中で、可視光水素発生に有効な新規材料を見いだした。

在使用光催化剂的水分解反应中，当由氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)组成的固溶体负载适当的氢生成催化剂(RuO_2或Rh/Cr氧化物)时，可以利用可见光分解水。最近发现可以做到。人们认为，由于 ZnO 和 GaN 的结合，这种材料具有较小的带隙，但我们最近的实验结果（发射光谱）表明，这种可见光吸收的原因是 GaN 晶体中的 Ga。到由 Zn 取代形成的受主能级（电位随 Zn 浓度而变化），并且固溶体的特征吸收边（带隙）位于紫外区。此外，在该固溶体中，由于N被O取代而同时形成浅施主能级，并且可见光的水分解活性的表达需要受主和施主共掺杂的电子能量结构。得出独特的意见，认为这是必要的。基于这一想法，这项研究将创造一种具有受控电子能量结构的材料并评估其性能，从而为开发一组全新的水分解光催化材料奠定基础。今年，我们将尝试使用氮化合物（LiN）制备GaN的新方法，分析不同受主类型和浓度的GaN的发射光谱，并开发用于生产GaN电极的薄膜材料的方法。此外，通过一系列研究，我们发现了一种对可见光制氢有效的新材料。