半導体材料のナノ構造エンジニアリングを駆使した高効率水の酸化光アノードの開発

利用半导体材料纳米结构工程开发高效水氧化光电阳极

基本信息

批准号：
12F02031
负责人：
八木政行
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Niigata University
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

2-(hexadecylaminomethyl)pyridine（PAL2-16）は、臨界ミセル濃度以上で棒状ミセル構造をとることが知られている。PAL 2-16とWO3の前駆体である過酸化タングステン酸を含む溶液を基板上にキャストして溶媒を除去することにより、前駆体メソコンポジットを合成した。透過型電子顕微鏡（TEM）観察において、前駆体メソコンポジットが均一で規則的な六角形状のメソポーラス構造を有することが示された。前駆体メソコンポジットを空気下で焼結処理（450℃）したときのTEM像では、メソポーラス構造は観察されなかった。しかし、これを窒素雰囲気下、450℃で2時間焼結した後、酸素雰囲気下で引き続き450℃で4時間焼結したところ、規則性の低下が若干見られるもののメソポーラス構造を有するWO3が合成されることが示された。550℃で同様の実験（窒素／酸素雰囲気を切り替えて）を行ったところ、比較的不規則な構造となるが、細孔は保持されることが分かった。合成したWO3の窒素吸着等温線を測定した。450℃および550℃で焼結処理したWO3は、PAL2-16テンプレートを用いずに合成した場合、および窒素／酸素雰囲気切り替えなしで合成した場合に比べ、高い窒素吸着量を示した。450℃および550℃で焼結したWO3の比表面積は、それぞれ197 および 158 m2g-1 で、PAL2-16テンプレートを用いずに合成した場合（9 m2 g-1）の18～22倍高い値を示した。Barrett-Joyner-Halenda (BJH)法で解析した細孔の直径は ~2.5 nmと算出された。テンプレートのin situ炭化法（焼結によりテンプレートを炭化させ、その後炭化残渣を除去する方法）による結晶性メソポーラスWO3の合成法では、空気下において、前駆体メソコンポジットを焼結（450℃または550℃）したとき、WO3の生成・結晶化が進行すると共に、PAL2-16が熱分解するため、メソポーラス構造が形成されなかったと考えられる。

已知 2-(十六烷基氨基甲基)吡啶 (PAL2-16) 在高于临界胶束浓度时会采用棒状胶束结构。通过将含有过氧化钨酸（PAL 2-16 的前体和 WO3）的溶液浇铸到基材上并除去溶剂来合成前体介观复合材料。透射电子显微镜（TEM）观察表明，前体介孔复合材料具有均匀、规则的六边形介孔结构。当前体介孔复合材料在空气中（450℃）烧结时，在获得的TEM图像中没有观察到介孔结构。然而，当将其在氮气气氛中在450℃下烧结2小时，然后在氧气气氛中在450℃下烧结4小时时，虽然规则性稍微降低，但合成了具有介孔结构的WO 3 。那550°C 下的类似实验（切换氮/氧气氛）产生了相对不规则的结构，但发现孔被保留下来。测量合成的WO3的氮吸附等温线。与不使用 PAL2-16 模板且不切换氮/氧气氛合成时相比，在 450°C 和 550°C 下烧结的 WO3 显示出更高的氮吸附量。 450℃和550℃烧结的WO3比表面积分别为197和158m2g-1，比不用PAL2-16模板合成的（9m2g-1）高18-22倍显示。使用 Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 方法计算孔径约为 2.5 nm。在使用模板原位碳化法(通过烧结使模板碳化，然后除去碳化残渣的方法)合成结晶介孔WO3的方法中，将前体介孔复合材料进行烧结(在450℃或550℃) )，认为未形成介孔结构是因为PAL2-16在WO 3 的生成和结晶化的同时进行热分解。