鉄を含有する複合酸化物半導体電極による水の光分解

使用含铁复合氧化物半导体电极光解水

基本信息

  • 批准号:
    63550592
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1988
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1988 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

酸化チタンのバンドギャップ3eVより小さい2eVのバンドギャップの鉄複合酸化物、P-CaFe_2O_4、P-Sr_7Fe_<10>O_<22>、n-ZnFe_2O_4を合成し、これによる水の光分解について研究した。特にP-CaFe_2O_4は表面準位によるフェルミレベルピンニングが生じており、本研究では、これについて一応の改善が得られた。得られた知見をまとめると以下のようである。1)P-CaFe_2O_4の固有抵抗を下げるため、Caを他の一価金属で微量置換した。例えばNaをわずか置換すると抵抗は1〜2オーダー小さくなった。また多量の置換はむしろ再結合準位を増加させ、光電流を小さくさせる。また、最も問題であったフェルミレベルピンニングによる非オーミック接触がPt-Pd合金スパッタおよびこれの熱処理によって解決できた。酸化物サンプルの表面にPt-Pdをスパッタした後、600〜650℃で熱処理する時、最もオーミックコンタクトが取れた。2)P-CaFe_2O_4電極のオーミックコンタクトの成功のため、これによる水に光カソード分解電流が著るしく増加した。酸中での光電流は数10mA/cm^2にまで増加したが、同時に電極の光溶解も著しい。中性およびアルカリ中では光溶解は抑制されたが、光電流は小さくなってしまった。ところがその表面にPt-Pd合金を電着させると、貴金属の電極触媒作用のため、水素発生光電流は増加した。3)上記のように改善されたP-CaFe_2O_4電極とn-ZnFe_2O_4を組み合せたP/n接合型光電池により水の光分解を試みた。実際水素対酸素ガスの量は2対1であって水の完全光分解が生じていた。P-CaFe_2O_4電極の改善はうまくいっているが、未だn-ZnFe_2O_4電極の改善はできておらず、これがさらに改善されれば、太陽光による水の光分解効率は著しく増加すると考えられる。
Acidification チ タ ン の バ ン ド ギ ャ ッ プ 3 ev よ り small さ い 2 ev の バ ン ド ギ ャ ッ プ objects の iron compound acidification, P - CaFe_2O_4, P - Sr_7Fe_ < > 10 O_ < 22 >, n - ZnFe_2O_4 を synthetic し, こ れ に よ る water の light decomposition に つ い て research し た. , に P - CaFe_2O_4 は surface quasi に よ る フ ェ ル ミ レ ベ ル ピ ン ニ ン グ が raw じ て お り, this study で は, こ れ に つ い て a 応 の が may ら れ た. To obtain られた, see をまとめると below られた ようである. P-CaFe_2O_4 has <s:1> inherent resistance to げるため under を, Caを and other <s:1> 価 metal で with trace displacement <s:1> た. Example: えばNaをわず ダ permutation すると resistance えば 1 to 2 ダ ダ small さくなった. Youdaoplaceholder0 A large amount of <s:1> permutation また む ろ ろ ろ combined with the potential を increases させ, and the photocurrent を is small さくさせる. ま た, most も で あ っ た フ ェ ル ミ レ ベ ル ピ ン ニ ン グ に よ る non オ ー ミ ッ ク contact が Pt, Pd alloy ス パ ッ タ お よ び こ れ の hot 処 Richard に よ っ て solve で き た. Acidification content サ ン プ ル の surface に Pt, Pd を ス パ ッ タ し た, 600 ~ 650 ℃ after thermal 処 で Richard す る, most も オ ー ミ ッ ク コ ン タ ク ト が take れ た. 2) P - CaFe_2O_4 electrode の オ ー ミ ッ ク コ ン タ ク ト の successful の た め, こ れ に よ る water に light カ ソ ー ド breakdown current が the る し く raised plus し た. In the acid, the で <s:1> photocurrent <e:1> of 10mA/cm^2にまで increases by <s:1> たが, and at the same time, the <s:1> light of the に electrode dissolves and <e:1> で. In neutral およびア されたが カリ カリ カリ, で light dissolution <e:1> is inhibited されたが and the photocurrent is <s:1> small さくなって まった まった まった. と こ ろ が そ の surface に Pt - Pd alloy を electric さ せ る と, precious metals の electrode catalysis の た め, water element 発 light current は raised plus し た. 3) written の よ う に improve さ れ た と n - P - CaFe_2O_4 electrode ZnFe_2O_4 を group み close せ た P/n mating type photocell に よ り water の light decomposition を try み た. The actual amount of hydrochlorin in the form of hydrochlorin ガス <s:1> is であって 2 vs. 1であって water <s:1>, complete photodecomposition が production じて た た. P - CaFe_2O_4 electrode の improve は う ま く い っ て い る が, not だ n - ZnFe_2O_4 electrode の improve は で き て お ら ず, こ れ が さ ら に improve さ れ れ ば, sunlight に よ る water の light decomposition rate of unseen は the し く raised plus す る と exam え ら れ る.

项目成果

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