半導体光触媒による人工光合成の研究-二酸化炭素からギ酸の生成-

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二酸化炭素を還元できる酸化タンタルに注目して、研究を行った。可視光応答の研究の過程で、タンタル板を熱処理するだけで、可視光応答することを発見した。1)そこで、可視光応答の原因を調べた。空気中で熱処理したために、最初は窒素ドープが原因ではないかと考え、いろいろな条件(温度、時間、雰囲気)で熱処理を行った。酸素中で熱処理したものでも、可視光応答することから、原因が窒素ドープではないことがわかった。2)次に、タンタル板に微量の不純物として、金属成分が含まれていることから、金属ドープが原因ではないかと考えた。不純物成分で一番多いタングステンに注目し、タングステンの成分が異なるタンタル板を使って、熱処理を行い、可視光応答を調べた。その結果、不純物の成分の違いにより、可視光応答の様子が変わることがわかり、原因を解明できた。3)酸化タンタル/タンタル板の変換効率が良い条件を調べるために、熱処理の時間と温度を変えて、半導体電極を作成した。その結果、熱処理時間により、変換効率が変わることがわかった。4)酸化タンタル/タンタル板の伝導帯についてポテンシオスタットを使い調べた結果、二酸化炭素を還元できる準位にあることがわかった。二酸化炭素を飽和させた溶液で、作成した電極を使い、キセノンランプの光を照射して、溶液をHPLCで調べた結果、ギ酸が生成していることが確認できた。