典型金属イオンから構成される光触媒による水の分解反応

使用由典型金属离子组成的光催化剂进行水分解反应

• 批准号: 02J04254
• 负责人: 佐藤 淳也
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J04254/
• 关键词: 光触媒; 水の分解反応; d^<10>電子状態; d^<10>-d^0電子状態; d^<10>s^2-d^<10>電子状態; 典型金属酸化物; 複合金属窒化物; d^<10>-d^<10>電子状態; 複合金属酸化物

本研究は水の光分解反応に対して活性をもつ新規な光触媒の開発を目的とし、d^<10>電子状態を持つIn^<3+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>を骨格イオンとして含む酸化物の光触媒作用について調べた。d^<10>電子状態の典型金属イオンであるIn^<3+>から構成される酸化物Sr_<1-x>M_xIn_2O_4(M=Ca,Ba)、NaInO_2およびLaInO_3がRuO_2を担持することにより水の光分解反応に対して活性な新しい光触媒となることを示し、これらのIn酸化物を構成する歪んだInO_6八面体内部の双極子モーメントが光励起電荷の分離に有効に作用し、光触媒活性を発現するという機構を明らかにした。またIn^<3+>と同様にd^<10>電子状態であるSn^<4+>およびSb^<5+>から構成される典型金属酸化物の光触媒作用について調べ、M_2SnO_4(M=Ca,Sr)、NaSbO_3、CaSb_2O_6、M_2Sb_2O_7(M=Ca,Sr)が助触媒RuO_2担持により水の光分解反応に対して活性を持つ新しい光触媒となることを示した。さらに異なる電子状態の金属イオンを組み合わせることによる複合化効果に着目し複合型酸化物Ba_3In_2Zn_5O_<11>、LinGeO_4、AgInW_2O_8、In_6WO_<12>およびPbSb_2O_6に助触媒RuO_2担持により、水の光分解反応に対して活性な光触媒となること示した。バンド計算により、異なる電子状態の複合化により伝導帯のみならず、価電子帯の軌道も混成を生じ、バンドギャップを狭くできることを示した。さらに酸化物の代わりにd^<10>典型金属窒化物であるGe_3N_4が、RuO_2担持により、窒化物として初めて水の分解反応に対して活性な光触媒となることを見出した。以上のように、本研究ではd^<10>電子状態をベースとする金属酸化物、窒化物が水の分解反応に対して活性な新しい光触媒となることを見出し、水の光分解反応を進行する新しい光触媒グループとなることが結論される。

本研究的目的是开发一种对水的光解反应具有活性的新型光催化剂，研究了含有+>作为骨架离子的氧化物的光催化活性。通过在Sr_<1-x>M_xIn_2O_4（M=Ca,Ba）、NaInO_2和LaInO_3上负载RuO_2，它们是由In^<3+>组成的氧化物，In^<3+>是d^<10>电子态的典型金属离子、水光事实证明，这是一种对分解反应具有活性的新型光催化剂，构成这些In氧化物的扭曲InO_6八面体内部的偶极矩有效地发挥了分离光激发电荷的作用，从而揭示了光催化活性的机理。此外，我们研究了由Sn^<4+>和Sb^<5+>组成的典型金属氧化物的光催化活性，它们具有与Ca,S类似的d^<10>电子态。 r)、NaSbO_3、CaSb_2O_6 和 M_2Sb_2O_7 (M=Ca,Sr) 通过负载 RuO_2 作为助催化剂，被证明是具有水光解反应活性的新型光催化剂。此外，我们还关注不同电子态金属离子结合的复合效应，通过在复合氧化物Ba_3In_2Zn_5O_<11>、LinGeO_4、AgInW_2O_8、In_6WO_<12>和PbSb_2O_6上负载RuO_2作为助催化剂，成功地减少了光解反应。结果表明，该光催化剂是活性光催化剂。能带计算表明，通过组合不同的电子态，不仅可以杂化导带，还可以杂化价带轨道，并且可以缩小带隙。此外，我们发现，d^<10>典型金属氮化物Ge_3N_4代替氧化物，成为第一个通过负载RuO_2而成为水分解反应活性光催化剂的氮化物。如上所述，在本研究中，我们发现基于d^10电子态的金属氧化物和氮化物作为新型光催化剂对水分解反应具有活性，并促进水的光解反应。一个新的光催化基团。

项目成果

J.Sato, N.Saito, H.Nishiyama, Y.Inoue: "Photocatalytic water decomposition by RuO_2-loaded antimonates, M_2Sb_2O_7(M=Ca,Sr), CaSb_2O_6 and NaSbO_3, with d^ configuration"Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. 148. 85-89 (2002)

J.Sato、N.Saito、H.Nishiyama、Y.Inoue：“负载 RuO_2 的锑酸盐、M_2Sb_2O_7(M=Ca,Sr)、CaSb_2O_6 和 NaSbO_3 的光催化水分解，具有 d^<10> 配置”光化学杂志

Junya Sato, Nobuo Saito, Hiroshi Nishiyama, Yasunobu Inoue: "Photocatalytic activity for water decomposition of indates with octahedrally coordinated d^ configuration I. Influences of preparation conditions on activity"Journal of Physical Chemistry B.

Junya Sato、Nobuo Saito、Hiroshi Nishiyama、Yasunobu Inoue：“八面体配位 d^<10> 构型 I 的茚水分解光催化活性。制备条件对活性的影响”Journal of Physical Chemistry B.

Junya Sato, Hisayoshi Kobayashi, Kouki Ikarashi, Nobuo Saito, Hiroshi Nishiyama, Yasunobu Inoue: "Photocatalytic activity for water decomposition of RuO_2-dispersed Zn_2GeO_4 with d^ configuration"Journal of Physical Chemistry B. (in press).

Junya Sato、Hisayoshi Kobayashi、Kouki Ikarashi、Nobuo Saito、Hiroshi Nishiyama、Yasunobu Inoue：“具有 d^<10> 构型的 RuO_2 分散 Zn_2GeO_4 的光催化水分解活性”Journal of Physical Chemistry B.（出版中）。

Junya Sato, Hisayoshi Kobayashi, Yasunobu Inoue: "Photocatalytic activity for water decomposition of indates with octahedrally coordinated d^ configuration II. Roles of geometric and electronic structures"Journal of Physical Chemistry B. 107. 7970-797

Junya Sato、Hisayoshi Kobayashi、Yasunobu Inoue：“具有八面体配位 d^<10> 构型 II 的茚达水分解的光催化活性。几何和电子结构的作用”物理化学杂志 B. 107. 7970-797

J.Sato, H.Kobayashi, N.Saito, H.Nishiyama, Y.Inoue: "Photocatalytic activities for water decomposition of RuO_2-loaded AInO_2(A=Li,Na)with d_ configuration"Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. (in press).

J.Sato、H.Kobayashi、N.Saito、H.Nishiyama、Y.Inoue：“具有 d_<10> 构型的 RuO_2 负载的 AInO_2(A=Li,Na) 的水分解光催化活性”光化学与光生物学杂志