ポーラス金属酸化物光アノードのナノ構造制御による高効率太陽光水分解

通过多孔金属氧化物光电阳极的纳米结构控制实现高效太阳能水分解

• 批准号: 15F14909
• 负责人: 八木 政行
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F14909/
• 关键词: 光触媒; メソポーラス材料; 可視光水分解; 光アノード

高効率太陽光水分解系の水の光酸化アノードとして、Fe2O3、WO3などの可視域n-型半導体電極に高い関心が寄せられている。高い表面積を有する結晶性メソポーラス金属酸化物半導体電極は、通常の金属酸化物半導体電極よりも高い光アノード特性が期待される。しかし、多くの金属酸化物で高温での結晶化の際にメソポーラス構造が崩壊してしまうため、結晶性メソポーラス金属酸化物の合成は困難である。本研究では、親水性芳香族部位を有する界面活性剤テンプレートを利用した独自の手法を用いて小細孔を有する結晶性メソポーラス金属酸化物半導体光触媒の合成に挑戦すると共に、その細孔構造制御を目指して研究を行った。TEM測定より、作製したWO3/PAL2-16表面には直径約3 nmの細孔が規則正しく形成されているのが確認された。窒素下で焼結（450 ºCまたは550 ºC）した後、酸素雰囲気下に変更して焼結を続けると、WO3が結晶化するため規則的な構造がやや壊れる傾向を示すものの、メソポーラス構造が保持されることが分かった。空気下で作製したWO3サンプルでは、メソポーラス構造が保持されなかったことより、窒素／酸素の雰囲気変更が重要であることが示された。窒素下で焼結することによりPAL2-16キレート剤が炭化され、これがメソポーラス構造の支柱となるため、結晶性メソポーラス構造が保持されたと考えられる。WO3/PAL2-16電極を用いた光触媒反応では、バルクのWO3電極と比較して、電荷量が6.6倍向上し、酸素発生量も12倍に向上した。このように、結晶性メソポーラスWO3電極が高い光電気触媒活性を示すことを明らかにした。

Photoacidification of water in high efficiency solar water splitting system is of great concern to Fe2O3, WO3 and visible field n-type semiconductor electrodes. High surface area, high crystallinity, and high optical properties are expected for metal acid semiconductor electrodes. It is difficult to synthesize metallic acid compounds due to the structural failure and crystallization of metallic acid compounds at high temperatures. In this study, the synthesis of metal acid semiconductor photocatalyst with hydrophilic aromatic sites and crystalline pores was studied. TEM measurements confirm the formation of regular pores about 3 nm in diameter on the surface of WO3/PAL2 -16. After sintering at 450 C and 550 C, the structure of WO3 is crystallized regularly, and the tendency of sintering is shown. In the absence of any special conditions, the structure of the system is maintained, and it is important to maintain the stability of the system. PAL2 -16 is the best choice for sintering and crystallization. WO3/PAL2 -16 electrode used in the photocatalyst reaction, compared with WO3 electrode, the charge amount is 6.6 times higher, the acid production is 12 times higher. In this regard, it is clear that the crystalline metal-coated WO3 electrode can demonstrate high photoelectric catalytic activity.