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水の分解反応に対するd^<10>電子状態の光触媒の活性

d^<10>电子态光催化剂对水分解反应的活性

基本信息

批准号：
17029022
负责人：
井上泰宣
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
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：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

水の分解反応を促進できる新しい光触媒系を確立することを目的とし、d^<10>電子状態の典型金属イオン(Ga^<3+>,Ge^<4+>,In^<3+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>)の典型金属酸化物、d^<10>-d^<10>電子状態の複合典型金属酸化物、d^<10>-d^<10>s^2電子状態の金属酸化物PbWO_4,また、d^<10>電子状態の典型金属窒化物Ge3N4が高活性な光触媒となることをこれまでに見出してきた。本年度の研究では、種々の金属イオンの添加が光触媒作用に及ぼす効果を調べた。d^<10>電子状態のβ-Ga_2O_3において、In^<3+>添加量とともに光触媒活性は増加し,3%添加で最大活性を示し、それ以上では、急減した。In^<3+>添加量とともに吸収波長は、20nmほど長波長側へ、また、X線回折ピークは低角度側にシフトし、光触媒の活性化はInの固溶化によることが示された。ZnGa_2O_4においても、In^<3+>およびY^<3+>添加により光触媒活性は顕著に増加した。これらの活性化が、軌道混成による電子構造の変化およびGaO_6八面体の歪み構造の形成によることを明らかにした。d^<10>電子状態の金属窒化物GaNは光触媒不活性であるが、GaNに2価金属イオン(Mg^<2+>、Zn^<2+>、Be^<2+>)を添加した場合に、安定に水素と酸素を化学量論比で与える高活性な光触媒となることを見出した(助触媒:RuO_2)。一方、4価のイオンであるSi^<4+>やGe^<4+>イオンを添加した場合には、活性化は起らなかった。密度汎関数法による計算は、GaNの伝導帯は大きなバンド分散を持つsp混成軌道から、また価電子帯はN2p軌道で構成される結果を与えた。330nmでの励起光により、Zn^<2+>やMg^<2+>添加GaNの場合には、430nm付近に強い発光が現れた。この発光は、伝導帯近傍のN不純物準位から、価電子帯近傍の2価金属イオンのアクセプタ-準位への遷移に帰属され、GaNがp型化していることが示された。これらの結果に基づき、GaNのp型化により価電子帯に生成する正孔の濃度および移動度が増加し、顕著な光触媒活性をもたらす機構を明らかにした。

A new photocatalyst system was established to promote the decomposition of water. <10>Typical metal oxides in the d^electron state (Ga^<3+>,Ge^<4+>,In^<3+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>), typical complex metal oxides in the d^<10>-d^<10>electron state, PbWO_4 in the d^<10>-<10>d ^2 electron state, and typical metal oxides in the d^<10>electron state were found to be highly active photocatalysts. This year's research is aimed at improving the photocatalytic effect of the metal ions and their effects. d^<10>electron state of β-Ga_2O_3 increases, In^<3+> addition increases, 3% addition increases the maximum activity, 3%, decreases rapidly. In^<3+> addition amount: absorption wavelength: 20 nm, long wavelength: 20nm, X-ray reflection: 20nm, low angle: 20 nm, photocatalyst activation: In solution: 20 nm, X-ray reflection: 20 nm, X-ray The photocatalytic activity of ZnGa_2O_4 increases with the addition of ZnGa_2O_4. The electronic structure of GaO_6 octahedron is transformed into GaO_6 octahedron. d^<10>electron state of the metal compound GaN photocatalyst inactive, GaN 2 + metal (Mg^<2+>, Zn^<2+>, Be^<2+>) when added, stable, water and acid stoichiometry ratio and high activity of the photocatalyst (cocatalyst:RuO_2) Si ^<4 +> Ge ^<4+> Ge ^<4+> Si^<4+> Ge^<4 +> Ge^<4 +> Si ^<4 +> Ge ^<4 +> Si ^<4 +> Ge ^<4 +> Si <4 +> Ge ^<4 +> Si <4 +> Si <4 +> Ge <4 +> Si <4 +> Si <4 +> Ge <4 +> Si <4> Ge <4 +> Si < The density function method is used to calculate the dispersion of GaN conduction band and the composition of GaN electron band and N2p orbital. When Zn^<2+> or Mg^<2 +> is added to GaN, strong luminescence occurs near 430nm. The N impurity level near the emission band and the N impurity level near the electron band are shifted to the P impurity level, and the GaN impurity level is shifted to P impurity level. As a result, the p-type of GaN increases the concentration and mobility of positive pores, and the photocatalytic activity increases.

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Photocatalytic Activity of RuO2-loaded PbxWO4 (x = 0.2–1.1) for Water Decomposition

DOI：
10.1246/cl.2007.424
发表时间：
2007-02
期刊：
Chemistry Letters
影响因子：
1.6
作者：
H. Kadowaki;N. Saito;H. Nishiyama;Y. Shimodaira;Hisayoshi Kobayashi;Y. Inoue
通讯作者：
H. Kadowaki;N. Saito;H. Nishiyama;Y. Shimodaira;Hisayoshi Kobayashi;Y. Inoue

d^<10>電子状態の典型金属酸化物の光触媒作用

d^<10>典型金属氧化物电子态的光催化作用

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
触媒 47・4
影响因子：
0
作者：
J.Sato;N.Saito;Y.Yamada;K.Maeda;T.Takata;J.N.Kondo;M.Hara;H.Kobayashi;K.Domen;Y.Inoue;井上泰宣
通讯作者：
井上泰宣

水及び有機物の分解に用いられる光触媒、並びに該光触媒の製造方法

用于分解水和有机物的光催化剂及其制备方法

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Overall water splitting by RuO_2-dispersed p-type GaN photocatalyts with d^<10> electronic configuration

d^<10>电子构型RuO_2分散p型GaN光催化剂的整体水分解

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Chem. Lett. 35
影响因子：
0
作者：
N.Arai;N.Saito;H.Nishiyama;Y.Inoue;K.Domen;K.Sato
通讯作者：
K.Sato

RuO2-loaded β-Ge3N4 as a non-oxide photocatalyst for overall water splitting

DOI：
10.1021/ja042973v
发表时间：
2005-03-30
期刊：
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
影响因子：
15
作者：
Sato, J;Saito, N;Inoue, Y
通讯作者：
Inoue, Y

DOI：
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井上泰宣

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Advanced Lasers and Their Applications, Cheju National University, Jeju-do, South Korea
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作者：
小島英史;羽藤英二;井上泰宣;T.Taira
通讯作者：
T.Taira