層状複合触媒による光エネルギーの化学的変換

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半導体による光エネルギーの化学的変換において、高い変換効率および選択機能をもつ半導体触媒を開発することを目的とし、強誘電性半導体ホスト-ゲスト型強誘電性半導体、インターカレーション型層状半導体および超微粒子半導体について水の光分解反応に対する光触媒作用を調べた。強誘電性半導体では、自発分極の方向を揃え(+)あるいは(-)分極面を露出させたpb(Zr、Ti)O_3において、水素生成は(+)分極面で著しく(-)分極面ではほとんど認められないこと、およびキュリー温度以上に加熱した触媒では両分極面間の水素生成活性の差はほぼ消失するが、単分域化処理により(+)面のみが再び高活性わ示すことを見出した。強誘電性半導体の分極軸の方向を揃えた場合に還元反応場と酸化反応場の分離が可能になることを示した。ホスト-ゲスト型強誘電性半導体として、タングステンブロンズ構造のpb_<1-X>M_<2X>Nb_2O_6(M=アルカリ金属原子)を用いた。n=Kにおいて活性はK濃度とともに増加し極大を示したのち急激に減少した。水素生成活性はCs>K>Na>Liであり、イオン化ポテンシャルが低い程高くなる結果を得た。このとから、アルカリ金属原子からNb-O構造への電荷移行により高い水素生成活性が生じることを示した。インターカレーション型層状半導体では、Ti系酸化物M_2O・nTiO_2(M=アルカリ原子)を用いた。定常状態では水素と酸素はほぼ化学量論比で生成し、長時間反応によっても活性の低下は認められなかった。RuO_2を活性相としたとき、活性はn=6>n=3>n=1の順に増加し、n=3>以上で酸素と水素は化学量論比で生成した。層間に種々の活性相の組み込みにより、光エネルギーの化学的変換において特定の反応のみを進める選択機能をもつ光触媒となることを示した。超微粒子半導体ではCdS半導体の超微粒子化による量子サイズ効果と微粒子表面における光誘起電荷移行を調べ、電子移動量子収率は粒径が小さくなる程向上することを明らかにした。