マイクロ波分光による水分解用光触媒の高速性能評価法と高効率水分解系の開発

微波光谱法水分解光催化剂的高速性能评价方法及高效水分解系统的开发

• 批准号: 18J01488
• 负责人: 鈴木 肇
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kyoto University (2019)Osaka University (2018)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J01488/
• 关键词: 光触媒; 時間分解マイクロ波伝導度測定; 水分解; 可視光

時間分解マイクロ波分光法により得られるマイクロ波信号と光触媒活性との関係を解明するため、本年度は、近年高効率な水分解用光触媒として注目されているビスマス系の層状オキシハライド（酸ハロゲン化物）を各焼結温度で合成し、得られたサンプルのマイクロ波信号と光触媒活性を比較した。まず、すでに高効率な酸素生成活性が報告されているオキシハライドBi4TaO8Clのマイクロ波分光測定を行ったところ、焼結温度が高いほど結晶性が向上し、マイクロ波信号強度が増大するという、光触媒としては「プラスの効果」があることが明らかとなった。一方で、焼結温度が高いとハロゲン欠陥が増加し、その欠陥が電荷のトラップサイトとして働くことで、マイクロ波信号の寿命が短くなるという「マイナスの効果」も同時に起こることがわかった。このトレードオフにより、この材料には適切な焼結温度が存在することを明らかにした。　このように活性が温度に対して山型になる傾向は、マイクロ波信号の強度と寿命の積をプロットすることで見事に再現することができた。ここまでの結果から、マイクロ波信号の強度と寿命の積を指標とすることで光触媒活性を高速で診断できる可能性が示された。続いて、Bi4TaO8Clの実験で確立した手法を基に、PbBiO2Clの最適な焼結温度を検討した。マイクロ波信号の強度と寿命の積は600度で最大値を持つ山型となり、最適な焼結温度は従来の報告（700度）よりも100度低いことが示唆された。　実際に600度で焼結したPbBiO2Clの性能を評価したところ、酸素発生速度は従来の3倍に向上した。この酸素発生反応の量子収率（400 nmの光照射）は3%であり、固相反応で合成したオキシハライド光触媒の中では世界最高値を実現した。

Time breakdown マ イ ク ロ wavelength division method に よ り have ら れ る マ イ ク ロ wave signal と photocatalytic activity と の masato is を interpret す る た め, は this year, in recent years, high rate of unseen な water decomposition light catalyst と し て attention さ れ て い る ビ ス マ ス is の layered オ キ シ ハ ラ イ ド (acid ハ ロ ゲ ン compound) を each 焼 junction temperature で synthetic し, ら れ た サ ン プ ル の マ イ ク ロ Wave signal と photocatalyst activity を comparison た. ま ず, す で に high working rate な acid production activity report が さ れ て い る オ キ シ ハ ラ イ ド Bi4TaO8Cl の マ イ ク ロ light wavelength division measurement line を っ た と こ ろ, high 焼 junction temperature が い ほ ど crystalline が し upward, マ イ ク ロ wave signal strength が raised large す る と い う, photocatalytic と し て は "プ ラ ス の unseen" が あ る こ と が Ming ら か と な っ Youdaoplaceholder0. Party で, high 焼 junction temperature が い と ハ ロ ゲ ン owe 陥 が raised し, そ の owe 陥 が charge の ト ラ ッ プ サ イ ト と し て 働 く こ と で, マ イ ク ロ の が life short wave signal く な る と い う "マ イ ナ ス の unseen" also も に こ る こ と が わ か っ た. こ の ト レ ー ド オ フ に よ り, こ の material に は appropriate な 焼 junction temperature が exist す る こ と を Ming ら か に し た. こ の よ う に active が temperature に し seaborne て mountain type に な る tendency は, マ イ ク ロ の wave signal strength と life の product を プ ロ ッ ト す る こ と で see things に reproduce す る こ と が で き た. こ こ ま で の results か ら, マ イ ク ロ の wave signal strength と life の product を index と す る こ と で photocatalytic activity を high-speed で diagnosis で き が る possibility in さ れ た. 続 い て, Bi4TaO8Cl の be 験 で establish し た gimmick を に, PbBiO2Cl の optimum な 焼 junction temperature を beg し 検 た. の マ イ ク ロ wave signal strength と life の product は 600 degrees で numerical を holds the largest つ mountain type と な り, optimum な 焼 junction temperature は 従 to の report (700 degrees) よ り も 100 degrees low い こ と が in stopping さ れ た. Be interstate 600 degrees に で 焼 knot し た PbBiO2Cl の を performance evaluation 価 し た と こ ろ, acid 発 raw speed は 従 3 times to の に upward し た. こ の 発 acid element birth against 応 の quantum 収 rate (400 - nm の light) は 3% で あ り, solid instead 応 で synthetic し た オ キ シ ハ ラ イ ド light catalytic の で は on the world's highest numerical を be presently し た.

项目成果

Highly dispersed ruthenium oxide hydrate as an efficient cocatalyst for Z-scheme water splitting

高度分散的水合氧化钌作为 Z 型水分解的高效助催化剂

• 发表时间: 2018
• 作者: Hajime Suzuki;Shinnosuke Nitta;Osamu Tomita;Masanobu Higashi;Ryu Abe;Akinori Saeki
• 通讯作者: Akinori Saeki

Lead Bismuth Oxyhalides PbBiO2X (X = Cl, Br) as Photocatalysts for Water Oxidation Under Visible Light

铅铋卤氧化物 PbBiO2X (X = Cl, Br) 作为可见光下水氧化的光催化剂

• 发表时间: 2018
• 作者: Hajime;Suzuki;Hironobu Kunioku;Masanobu Higashi;Osamu Tomita;Daichi Kato;Akinori Saeki;Hiroshi Kageyama;Ryu Abe
• 通讯作者: Ryu Abe

鉛系オキシハライドを酸素生成系とする可視光二段階励起型水分解

使用铅基卤氧化物作为制氧系统的可见光两步激发水分解

• 发表时间: 2018
• 作者: Shibayama;M.;Sakai;T.;鈴木肇・東正信・山本隆文・加藤大地・冨田修・佐伯昭紀・陰山洋・阿部竜
• 通讯作者: 鈴木肇・東正信・山本隆文・加藤大地・冨田修・佐伯昭紀・陰山洋・阿部竜

Photoconductivity-Lifetime Product Correlates Well with the Photocatalytic Activity of Oxyhalides Bi4TaO8Cl and PbBiO2Cl: An Approach to Boost Their O2 Evolution Rates

• DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00793
• 发表时间: 2019-07-01
• 期刊: ACS ENERGY LETTERS
• 影响因子: 22
• 作者: Suzuki, Hajime;Higashi, Masanobu;Saeki, Akinori
• 通讯作者: Saeki, Akinori