層状化合物/半導体3次元ナノ複合体による人工光合成型光-化学エネルギー変換

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結晶構造が2次元的な層状化合物であるH_2Ti_4O_9,H_4Nb_6O1_<17>の層間に可視光で励起可能な小さなバンドギャップを有するCd_<1-X>Zn_XSおよびFe_2O_3・nH_2Oを包接した3次元ナノ複合体を合成した。粉末X線回折測定により層間の半導体は厚みが1nm以下の超微粒子であることが明らかとなったが、超微粒子に伴う量子化効果によるバンドギャップの増加はほとんど認められず、可視光で励起可能な小さなバンドギャップを保持していた。得られたナノ複合体は水銀ランプの波長400nm以上の可視光照射下で光触媒能を示し、硫化ナトリウム水溶液中で水素を生成した。光触媒活性はバルクのCd_<1-X>Zn_XSおよびFe_2O_3・nH_2Oより優れており、長時間安定な触媒能を示した。なお、ホスト層としてモンモリロナイトやハイドロタルサイトなどの絶縁体を用いるよりH_2Ti_4O_9やH_4Nb_6O1_<17>などの半導体を用いと光触媒活性の向上が著しかったことより、ナノ複合体では、微粒子化による活性向上の他、ゲスト半導体からホスト層への電子移動による電子と正孔の再結合抑制により活性を向上できることがわかった。