金属酸化物ナノ構造体における気相光触媒分解による超高速水素生成

金属氧化物纳米结构气相光催化分解超快制氢

基本信息

批准号：
09F09069
负责人：
松重和美
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、可視光応答型光触媒として知られる酸化タングステン(WO_3)のナノ微粒子、及び代表的な光触媒である酸化チタン(TiO_2)ナノ微粒子から成る混合膜の作製とその評価を推し進めた。タングステン酸、過酸化水素水、超純水、及び分子量300のポリエチレングリコール(PEG300)を混合したWO_3の前駆体溶液に、テトライソプロピルチタネート、界面活性剤(F127)などを含むTiO_2の前駆体溶液を混合した後、ガラス基板や透明導電膜基板上に塗布し、焼成を行うことで、WO_3-TiO_2ナノ微粒子混合薄膜を作製した。このWO_3-TiO_2ナノ微粒子混合薄膜における光触媒活性の評価を行うために、高真空下に導入した微量の気相メタノールの光分解過程の実時間観測を試みた。その結果、WO_3のみの試料では、メタノールの光分解が直接正孔移動過程(direct hole transfer)で支配されるのに対し、WO_3-TiO_2混合薄膜では、直接正孔移動及び間接正孔移動(indirect hole transfer)の両過程が混在することを見出した。この反応機構における違いの原因として、紫外光照射時にTiO_2表面で生じる光誘起超親水化に伴いヒドロキシラジカルが生成され、間接正孔移動過程が生じるようになることが考えられる。また、光触媒表面に存在する反応分子自身が光照射に伴い脱離する過程が、光触媒活性に与える効果についても追跡を行った。更に助触媒として白金を担持させることで、WO_3-TiO_2混合薄膜においても、メタノールの光分解に伴う水素発生を確認した。これらの結果により、本研究課題の目的である金属酸化物ナノ構造体における気相光触媒分解による超高速水素生成を達成すると共に、光触媒反応機構の解明に向けた様々な新しい知見を得るに至った。

今年，我们在由可见光响应光催化剂氧化钨（WO_3）纳米粒子和典型光催化剂氧化钛（TiO_2）纳米粒子组成的混合薄膜的制造和评估方面取得了进展。钛酸四异丙酯，表面活性剂将含有试剂(F127)的TiO_2前驱体溶液混合，涂布在玻璃基板或透明导电膜基板上并烘烤，制备WO_3-TiO_2纳米粒子混合薄膜。为了评价WO_3-TiO_2纳米粒子混合薄膜的光催化活性，我们尝试实时观察高真空下引入微量气态甲醇的光分解过程。结果，在仅WO_3的样品中，甲醇光解以直接空穴转移为主，而在WO_3-TiO_2混合薄膜中，直接空穴转移和间接空穴转移我们发现这两种过程（空穴转移）共存。造成这种反应机理差异的原因被认为是由于紫外光照射下TiO_2表面发生光致超亲水化而产生羟基自由基，并发生间接空穴传输过程。我们还跟踪了光催化剂表面上存在的反应分子本身在光照射下解吸的过程对光催化活性的影响。此外，通过负载铂作为助催化剂，在WO_3-TiO_2混合薄膜中也证实了伴随甲醇光分解的氢气产生。通过这些成果，我们实现了金属氧化物纳米结构气相光催化分解超快制氢这一研究项目的目标，并获得了阐明光催化反应机理的各种新发现。