d^<10>電子状態の金属イオンを含む複合金属酸化物光触媒による水の分解反応

d^<10>含有电子态金属离子的复合金属氧化物光催化剂的水分解反应

• 批准号: 15033229
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15033229/
• 关键词: 光触媒; 典型金属酸化物; 水の分解反応; Zn効果; d^<10>電子状態; バンド構造; 複合金属酸化物; 分極場効果

d^<10>電子状態の典型金属イオン(Ga^<3+>,In^<3+>,Ge^<4+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>)を含む金属酸化物にRuO_2を担持した場合に、水の光分解反応に対し水素と酸素を生成する安定な光触媒となることをこれまでに報告してきた。また、二つのd^<10>電子状態の典型金属イオンを含む複合型典型金属酸化物が単独型に比べ高い活性を示すことを見いだしてきた。これらの従来の典型金属酸化物光触媒は、主に1価のアルカリ金属イオンおよび2価のアルカリ土類金属イオンを含むが、本研究では、さらに2価のZnを加えた金属酸化物Ba_3Zn_2In_5O_<11>について、水の分解反応に対する光触媒作用を調べ、その効果を局所構造および電子構造から考察した。Ba_3Zn_2In_5O_<11>は、BaCO_3,ZnO,およびIn_2O_3,当モル比で混合した後1323〜1523K大気下で焼成し作製し、THF中でRu_3(CO)_<12>錯体を含浸担持した後、673Kで酸化処理することによりRuO_2担持光触媒とした。水の分解反応には、外部照射型反応石英セルを組み込んだ閉鎖循環型反応装置を用いた。1wt%RuO_2担持Ba_3Zn_2In_5O_<11>光触媒の活性は、水の分解反応の繰り返しにおいて,増加し安定な光触媒活性を示した。RuO_2担持MIn_2O_4(M=Ca、Sr)は,水の分解反に対して活性な光触媒作用を示すが、M=Baの場合には不活性であることが知られていたが、Znを加えることによってBa-In酸化物系においても,活性な光触媒となること見いだした。BaIn_2O_4とBa_3Zn_2In_5O_<11>の光吸収特性を比較すると、最大吸収となる波長は,後者が340nmほど長波長側に現れた。密度汎関数法の計算により、Ba_3Zn_2In_5O_<11>の価電子帯はO2p軌道であり,Zn3d軌道は,価電子帯の中央部に位置すること、および伝導帯はInの5s5p軌道にZnの4s4pが加わり、バンド分散が大きいことが示された。この大きいバンド分散は励起電子の移動度を高め、これが光触媒作用発現に関連することを明らかにした。また、Ba_3Zn_2In_5O_<11>では最大吸収を起こす波長が,BaIn_2O_4に比べ長波長側へシフトしたが,これは、O2p-Zn3d軌道間の反発により、価電子帯のO2p軌道が高い準位に押し上げられたことによることを明らかにした。

The <10>typical metal ions (Ga^&lt;3+&gt;,In^&lt;3 +&gt;,Ge^&lt;4 +&gt;,Sn^&lt;4+&gt;,Sb^&lt;5+&gt;) in the electronic state of d^are supported by RuO_2 in the presence of metal oxides containing Ru ^, and the photolysis reaction of water is reported in this paper. The <10>typical metal compounds in the electronic state of two compounds contain complex metal acids, and the typical metal acids have higher activity than those in the individual compounds. These typical metal acid photocatalysts in the past contain mainly 1 μ g of an alkali-metal element and 2 μ g of an alkali-earth-like metal element. In this study, the metal acid compound Ba_3Zn_2In_5O_containing 2 μ g of Zn is used to modulate the <11>photocatalytic effect of water decomposition reactions, and its effects are investigated in terms of physical and electronic structures. Ba_3Zn_2In_5O_3<11>, BaCO_3, ZnO, and In_2O_3 were calcined at 1323 ~ 1523K when mixed with each other, and Ru_3(CO)_3 was immersed in THF <12>and acidified at 673K to support RuO_2. Water decomposition reaction, external irradiation type reaction quartz, etc. The activity of Ba_3Zn_2In_5O_photocatalyst supported by 1wt% RuO_2 <11>increased and the stability of photocatalyst activity increased. RuO_2 supports MIn_2O_4(M=Ca, Sr), and the decomposition of water is related to the photocatalytic activity. When M=Ba, the photocatalytic activity is related to the addition of Zn to Ba-In acid system. The optical absorption properties of BaIn_2O_4 and Ba_3Zn_2In_5O_<11>are compared, and the maximum absorption wavelength is 340nm. The calculation of Ba_3Zn_2In_5O_2 electron band by density function <11>method is based on O2p orbital,Zn3d orbital and Zn 4s4p orbital. The high mobility of electrons due to the dispersion of these particles is related to the occurrence of photocatalytic effects. BaIn_2O_4 <11>has a longer wavelength than BaIn_2O_4, and the maximum absorption wavelength of BaIn_2Zn_2In_5O_4 is higher than that of BaIn_2O_4.

项目成果

J.Sato, N.Saito, H.Nishiyama, Y.Inoue: "Photocatalytic activity for water decomposition of Indates with octahedrally coordinated d^<10> configuration. I. Influences of preparation conditions on activity"J.Phys.Chem.. 107. 7965-7969 (2003)

J.Sato、N.Saito、H.Nishiyama、Y.Inoue：“具有八面体配位 d^<10> 构型的 Indates 的水分解光催化活性。I. 制备条件对活性的影响”J.Phys.Chem..

A new photocatalyst of RuO_2-loaded PbWO_4 for overall splitting water

新型光催化剂RuO_2负载PbWO_4全分解水

• 发表时间: 2004
• 期刊: Chem.Lett. 33
• 作者: J.Sato;H.Kadowaki;H.Kobayashi;N.Saito;H.Nishiyama;Y.Inoue
• 通讯作者: Y.Inoue

d^<10>およびd^<10>電子状態のp-ブロック金属イオンを含む酸化物を用いた光触媒

使用含有d^<10>和d^<10>电子态的p区金属离子的氧化物的光催化剂

• 发表时间: 2004

J.Sato, H.Kobayashi, N.Saito, H.Nishiyama, Y.Inoue: "Photocatalytic activities for water decomposition of RuO_2-loaded AlnO_2 (A=Li,Na) with d^<10> configuration"J.Photochem.Photobio.A. : Chem.. 158. 139-144 (2003)

J.Sato、H.Kobayashi、N.Saito、H.Nishiyama、Y.Inoue：“具有 d^<10> 构型的 RuO_2 负载的 AlnO_2 (A=Li,Na) 的水分解光催化活性”J.Photochem。

J.Sato, H.Kobayashi, Y.Inoue: "Photocatalytic activity for water decomposition of Indates with octahedrally coordinated d^<10> configuration. II. Roles of geometric and electronic structures"J.Phys.Chem.. 107. 7970-7975 (2003)

J.Sato、H.Kobayashi、Y.Inoue：“具有八面体配位 d^<10> 构型的 Indates 水分解的光催化活性。II.几何和电子结构的作用”J.Phys.Chem.. 107. 7970-