SrTiO3ナノキューブ粒子を用いた水分解光触媒の創製と粒子表面の原子配列制御

使用 SrTiO3 纳米立方颗粒制备水分解光催化剂并控制颗粒表面的原子排列

基本信息

批准号：
22K05265
负责人：
中島光一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05265/
关键词：
チタン酸ストロンチウム水分解光触媒ナノキューブ

项目摘要

世界のエネルギーは、石油（化石燃料）に依存しており、この石油（化石燃料）は有限の資源のため、将来的に枯渇すると言われている。そのため、再生可能エネルギーの利用が期待されており、本研究では水を水素と酸素に分解して、この水素をエネルギーとして利用する水分解光触媒に着目して、研究を実施している。水分解光触媒粒子に光を照射し、水を水素と酸素に分解するときに、水分解光触媒粒子の表面が活性点になっていると言われているが、水素と酸素が生成する機構は未解明である。そこで本研究では、水分解光触媒としての性能を有するチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）のナノキューブを合成し、この粒子表面の微構造解析を実施し、高効率水分解光触媒の材料設計につながる指針を得ることに焦点をあてた。ペロブスカイト型構造を有するSrTiO3は水熱法を用いて合成を行った。水熱法は、ボトムアップ型アプローチが可能な溶液反応で、原子レベルから粒子を構築することができ、粒径や形状をコントロールすることができる。この水熱法を用いて得られたSrTiO3は結晶面が露出したナノクリスタルとして得られ、この結晶面が水分解光触媒性能に大きな影響を与えると考え、SrTiO3ナノクリスタルの粒子表面の微構造解析を実施した。球面収差法制付き走査透過型電子顕微鏡を用いてSrTiO3ナノクリスタルの粒子表面を観察した結果、水熱合成条件によって粒子表面の原子配列が異なることが示唆された。粒子表面の原子配列が異なるということは、水分解光触媒の性能を影響を与える可能性がある。現在、粒子表面を構築する元素の種類について、検討を実施している。また、自由自在に粒子表面の原子を入れ替えるために水熱合成条件の検討もあわせて実施している。水分解光触媒の性能向上につながる機構を解明するために、SrTiO3ナノクリスタルの粒子合成と微構造解析を引き続き実施する。

世界能源依赖于石油（化石燃料），而由于石油（化石燃料）是有限资源，据说未来会枯竭。因此，人们对可再生能源的利用抱有期望，而本研究的重点是水分解光催化剂，将水分解成氢气和氧气，并利用这种氢气作为能源。据称，当光照射到水分解光催化剂颗粒上时，水分解光催化剂颗粒的表面成为活性位点，将水分解成氢和氧，但产生氢和氧的机制仍不清楚。是澄清。因此，在本研究中，我们合成了具有水分解光催化剂性能的钛酸锶（SrTiO3）纳米立方体，并对颗粒表面进行了微观结构分析，以获得高效水材料设计的指导方针- 光催化剂的分解。采用水热法合成了具有钙钛矿结构的SrTiO3。水热法是一种溶液反应，允许自下而上的方法，使得可以从原子水平构建颗粒并控制颗粒的尺寸和形状。采用这种水热法获得的SrTiO3是具有暴露晶面的纳米晶体，考虑到这些晶面对水分解光催化性能有很大影响，我们对SrTiO3纳米晶体的颗粒表面进行了微观结构分析。使用具有球差系统的扫描透射电子显微镜观察SrTiO3纳米晶体的颗粒表面表明，颗粒表面上的原子排列根据水热合成条件而不同。颗粒表面不同的原子排列可能会影响水分解光催化剂的性能。我们目前正在研究构成颗粒表面的元素类型。我们还在研究水热合成条件，以便自由替换颗粒表面的原子。为了阐明提高水分解光催化剂性能的机理，我们将继续进行SrTiO3纳米晶的颗粒合成和微观结构分析。