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Space application of GaN photocatalyst

GaN光催化剂的空间应用

基本信息

批准号：
21K05154
负责人：
坂間弘
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙で使うことのできる光触媒としては、酸化物は不適当である。これは、反応中に酸化物中の酸素が消費されることによって酸素空孔による欠陥準位が生じ、欠陥準位を介した電子―正孔再結合が促進され光触媒反応が停止してしまうことによる。実際、二酸化チタン（TiO2）や酸化ジルコニウム（ZrO2）は真空中では約２日で光触媒活性を失った。一方、酸素を含まない窒化物光触媒は失活しない可能性がある。そこで、窒化物光触媒として、結晶性の比較的良好な薄膜が得られやすいGaNとAlNを選び、第一段階としてこれらの光触媒の大気中での光触媒活性を評価した。GaN光触媒による水の分解については多くの報告があるが、有機物質の分解に関する報告はほとんどない。そこで、GaNとAlNをサファイア基板上に成長させた薄膜光触媒を使い、その上にメチルレッドをスピンコート法で塗布し、大気中で重水素ランプからのUV光を照射して、照射前後の吸光度スペクトルを分光光度計で測定した。メチルレッドの吸収ピークの最大値を求め、その吸光度をUV光照射時間に対してプロットし、吸光度が照射時間に対して線形的に減少すると仮定して、その傾きから分解速度を求めた。その結果、GaNの場合の分解速度は0.0033(h^-1)で、一方AlNの場合の分解速度は0.0055(h^-1)となり、AlNの方がGaNより分解速度が大きいことがわかった。重水素ランプからのUV光は連続スペクトルを持つため、UV光の吸収率はAlNよりGaNの方が大きいと思われる。にも拘わらずAlNの方が分解速度が大きい理由として、（１）AlNの酸化力がGaNより大きい（正孔エネルギー換算で約2eV大きい）、（２）GaN薄膜に欠陥が多く結晶性が悪い、その結果、光励起された電子と正孔の再結合確率がGaN薄膜の方で大きく、量子効率が小さい、という可能性が考えられる。

The universe is not suitable for photocatalysts. The acid element in the photocatalyst is consumed in the reaction medium, and the acid element hole is produced in the reaction medium. The electron hole recombination promotes the photocatalyst reaction. In fact, the photocatalytic activity of TiO2 and ZrO2 is lost in vacuum for about 2 days. The possibility of deactivation of photocatalysts containing one or more compounds is discussed. The photocatalytic activity of GaN and AlN in the first stage of the photocatalyst was evaluated. GaN photocatalyst is a catalyst for the decomposition of water and organic matter. GaN and AlN thin film photocatalyst grown on a substrate are measured by coating, UV light irradiation, and spectrophotometry before and after irradiation. Find the maximum absorption value of UV light, the absorbance of UV light, the decrease of absorbance of UV light, and the decomposition speed of UV light. As a result, the decomposition rate of GaN is 0.0033(h^-1), the decomposition rate of AlN is 0.0055(h^-1), and the decomposition rate of GaN is large. The UV absorption rate of AlN and GaN is very high. The reason why the decomposition rate of AlN is high is that (1) the acidification force of AlN is high for GaN (about 2eV for positive pore growth),(2) the crystallinity of GaN thin films is high, and the recombination accuracy of electrons and positive pores is high for GaN thin films, and the quantum yield is low for GaN thin films.