酸窒化物光触媒を用いた可視光水分解

使用氮氧化物光催化剂的可见光水分解

基本信息

批准号：
12F02752
负责人：
堂免一成
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

n型半導体光電極を用いた水の分解反応による水素及びメチルシクロヘキサン製造におけるエネルギー変換効率を向上させるには、可視光照射下、小さな印加電圧での光アノード電流を向上させる必要がある。今年度は可視光照射下で水を水素と酸素に分解することが可能な窒化ガリウム酸化亜鉛固溶体光触媒を粒子転写法により光電極化し、光電気化学的水分解反応における光アノード応答を検討した。アンモニア熱窒化法により調製した窒化ガリウム酸化亜鉛固溶体光触媒粒子をガラス基板上に堆積させ、スパッタリング法や真空蒸着法により各種金属層を製膜した。その後、剥離、超音波処理を経て光触媒粉末と金属膜の接合体を得た。これに導線を接続して光電極試料とした。裏面金属として亜鉛を用いたところ、その他の金属に比べて比較的高い光電流値が得られた。しかし、機械的強度や化学的安定性に乏しかったため、チタンを用いて酸化イリジウム助触媒の担持効果の検討を継続した。3重量パーセントの酸化イリジウムを担持することで酸素発生電位における可視光照射下での光電流値が30 uA ㎝-2から200 uA ㎝-2に向上し、既報（Bull. Chem. Soc. Jpn. 2009, 82, 401）に比べて同等の測定条件で数倍大きな光アノード電流が観測された。光電極上の光触媒粒子の形態を観察したところ、直径200 nmないし400 nm程度の窒化ガリウム酸化亜鉛固溶体粒子が2 um以上の厚さで凝集した状態でチタン層上に固定化されていることがわかった。光触媒粒子の分散性を改善して粒界抵抗を低減させることにより、より大きな光電流が得られるようになると期待される。今後、光触媒粒子の粒径を制御するとともに裏面電極金属種や助触媒の種類の検討を継続することで光電流値が一層向上し、太陽エネルギーを利用した持続可能な社会システムの実現に貢献できるものと考えられる。

为了提高使用N型半导体光电极的水分分解氢和甲基环己烷在产生氢和甲基环己烷中的能量转化效率，在可见光光照射下以较小的施加电压下的光阳极电流是必要的。今年，通过颗粒传递方法将具有氧化锌氧化锌固体溶液光催化剂光催化剂转化为光电子，并通过粒子转移方法转化为光电子，并研究了光电化学水分分解反应中的光阳极反应。通过氨热硝化制备的氮化液固体溶液光催化剂颗粒沉积在玻璃基板上，并通过溅射或真空蒸发形成各种金属层。此后，进行了剥离和超声处理，以获得光催化剂粉末和金属膜的键合体。将导体连接到该导体形成光电子样品。当锌用作后金属时，与其他金属相比，获得相对较高的光电流值。但是，由于机械强度和化学稳定性较差，我们继续研究使用钛支持氧化虹膜催化剂的效果。通过携带3％的氧化铱的重量，在氧气产生电势下可见光下的光电流值从30 UA CM-2提高到200 UA CM-2，并且在可比的测量条件下观察到了多倍（Bull。Chem。Chem。Jpn。Jpn。2009，82，401）。当观察到光电子上的光催化剂颗粒的形态时，发现直径约为200至400 nm的氮化锌氧化物氧化锌固体溶液颗粒在钛层上固定在钛层上，在该状态下它们的凝聚为厚度为2 UM或更多。预计将通过提高光催化颗粒的分散性并降低晶界电阻来获得更大的光电流。将来，通过控制光催化剂颗粒的粒径，并继续研究金属类型的背部电极和cocatalysts的类型，光电流值将进一步改善，并且相信这将有助于使用太阳能实现可持续的社会系统。

项目成果

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Conversion of Toluene and Water to Methylcyclohexane and Oxygen using Niobium-Doped Strontium Titanate Photoelectrodes

使用掺铌钛酸锶光电极将甲苯和水转化为甲基环己烷和氧气

DOI：
10.1002/cssc.201402133
发表时间：
2014
期刊：
ChemSusChem
影响因子：
8.4
作者：
Vit Kalousek;Peng Wang;Tsutomu Minegishi;Takashi Hisatomi;Jun Kubota;Kazunari Domen
通讯作者：
Kazunari Domen