Cu_2O被覆Cu電極の光電気化学特性

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Cu板を熱焼成により調製したCu_2O薄膜の電気化学特性を調べたところ、Li^+が存在する水溶液およびアルカリ水溶液中でCu_2Oの還元電位が異常なほど負側にシフトすることを見出した。例えば、1M LiOH中におけるCu_2O+2H^++2e^-=2Cu+H_2Oの酸化還元電位は-0.55V vs. Ag/AgClであるのに対し、同溶液中にてCu_2O被覆Cu電極の還元反応をボルタモグラムで調べたところ、-1.45V vs. Ag/AgCl付近で還元され、-0.9程度負側にシフトすることがわかった。この電位は、現段階で見積もられているCu_2Oの伝導帯下端の電位とほぼ同じである。したがって、本電極に光照射を行うことによって生じる励起電子は、電極自身を還元することが無いことが予測される。それを確かめるため、酸素で飽和した電解液に電極を入れ、定電位を印加しながら光照射を行ったところ、Cu_2Oの還元反応よりも酸素還元反応が優先的に進行した。すなわち、Cu表面に生成させたCu_2O薄膜が可視光で作動するp型半導体電極となり得ること、ならびに光還元反応時に電極自身が還元されないことが確認された。さらに、酸素で飽和した電解液に電極を入れ、電位を印加せずに光照射を行ったところ、Cu_2Oの量が増加することがわかった。これらの結果より、熱焼成にて作製したCu_2O被覆Cu電極は、可視光で駆動する半導体電極であり、なおかつ、Cu_2O量が何かの原因で減少した際には、光照射によってその量を復活できる、自己増殖型半導体電極として利用できることがわかった。