半導体超微結晶光触媒の反応活性の設計制御

半导体超细晶光催化剂反应活性的设计控制

• 批准号: 09218236
• 负责人: 和田 雄二
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09218236/
• 关键词: 半導体超微結晶; CdS; 光触媒; 二酸化炭素; 光還元; CO_2; 量子サイズ効果; 表面欠陥

1.光触媒作用に対する過剰Cd^<2+>イオン添加効果氷冷したN,N-ジメチルホルムアミド中でCd(ClO_4)_2およびH_2Sとの反応から調製した硫化カドミウムナノ超微結晶(CdS-DMF)調製時に過剰のCd^<2+>イオンを加えることにより、光触媒活性が2倍以上に促進されることがわかった。反応系中にスピントラッピング剤としてDMPOを加えることによりCO_2の付加ラジカルを観測することに成功した。2.発光スペクトルに対する過剰Cd^<2+>イオン添加効果過剰Cd^<2+>イオンの添加はこの表面準位の発光を促進し、その挙動が光触媒活性の変化と対応することから、過剰Cd^<2+>イオン添加は表面準位を形成し、この表面準位がCO_2還元触媒活性点として関与していることが示唆された。3.EXAFS測定による表面状態の観察CdS-DMFの表面状態の変化をEXAFSにより調べた結果、過剰のCd^<2+>イオンの添加に伴うO配位の増加とS配位の減少が明らかになった。O配位は触媒であるDMF分子の酸素が配位したものであり、添加した過剰Cd^<2+>イオンが表面に吸着し、イオウ欠陥サイトの生成を起こしていることがわかった。4.CO_2還元光触媒活性点の構造以上の結果を総合すると、CdS-DMF表面上にはCdイオンに隣接するイオウ欠陥サイトが存在し、これがCO_2を強く吸着し、CO_2をそのアニオンラジカルへ還元する活性点として機能していることが証明できた。この欠陥サイトはホトルミネッセンスを示し、CO_2との相互作用はCO_2添加時に発光が増強されることから確認できた。表面モデルを用いた分子軌道計算から、イオン欠陥がCO_2を強く吸着することが示され、この活性点モデルを指示するものであった。

1. Photocatalytic activity of CdS-DMF is promoted by adding Cd to CdS-DMF and increasing its photocatalytic activity by more than 2 times. In the case of CO2 emissions, the CO2 emissions were measured successfully. 2. Light emission is promoted by the addition of Cd^<2 +> and the surface level of the catalyst is changed. 3. EXAFS measurement of CdS-DMF surface state changes, EXAFS results, Cd^<2+> addition, O coordination increase, S coordination decrease. O coordination catalyst: DMF molecules are coordinated to Cd^<2+> and adsorbed on the surface. 4. The structure and function of the active sites of CO_2 reduction photocatalyst were studied. The results showed that there were no active sites adjacent to CdS-DMF on the surface of CdS-DMF. The interaction between CO_2 and CO_3 was confirmed. The molecular orbital calculation of the surface is carried out in the presence of CO_2 and the active site is indicated.

项目成果

和田雄二、 柳田祥三: "半導体超微結晶コロイドの調整および表面安定化-光触媒作用を何が制御するか" 表面. 35. 610-618 (1997)

Yuji Wada、Shozo Yanagida：“半导体超细晶胶体的调整和表面稳定 - 是什么控制光催化作用？” 35. 610-618 (1997)

H.Fujiwara et al.: "Effect of Surface Structures on Photocatalytic CO_2 Reduction using Quantized CdS Nanocrystallites" J.Phys.Chem.B. 101. 8270-8278 (1997)

H.Fujiwara 等人：“表面结构对使用量子化 CdS 纳米晶光催化 CO_2 还原的影响”J.Phys.Chem.B。

S.Yanagida et al.: "Semiconductor Photocatalysis. Part 22. Visible-light Induced Phoreduction of CO_2 with CdS Nanocrystallites-Importance of Morphology and Surface Structures Controlled through Solvation by N,N-Dimethylformamide" Bull.Chem.Soc.Jpn.70. 20

S.Yanagida 等人：“半导体光催化。第 22 部分。CdS 纳米晶对 CO_2 的可见光诱导光还原 - 通过 N,N-二甲基甲酰胺溶剂化控制形态和表面结构的重要性”Bull.Chem.Soc.Jpn.70

H.Hosokawa et al.: "Visible-light Induced Photofixation of Carbon Dioxide into Aromatic Ketones and Benzyl Halides Catalyzed by CdS Nanocrystallites" J.Chem.Soc.,Perkin Trans.2. 317-323 (1997)

H.Hosokawa 等人：“CdS 纳米晶催化的可见光诱导二氧化碳光固定成芳香酮和卤化苄”J.Chem.Soc.，Perkin Trans.2。