SrTiO3ナノキューブ粒子を用いた水分解光触媒の創製と粒子表面の原子配列制御

使用 SrTiO3 纳米立方颗粒制备水分解光催化剂并控制颗粒表面的原子排列

• 批准号: 22K05265
• 负责人: 中島 光一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05265/
• 关键词: チタン酸ストロンチウム; 水分解光触媒; ナノキューブ

世界のエネルギーは、石油（化石燃料）に依存しており、この石油（化石燃料）は有限の資源のため、将来的に枯渇すると言われている。そのため、再生可能エネルギーの利用が期待されており、本研究では水を水素と酸素に分解して、この水素をエネルギーとして利用する水分解光触媒に着目して、研究を実施している。水分解光触媒粒子に光を照射し、水を水素と酸素に分解するときに、水分解光触媒粒子の表面が活性点になっていると言われているが、水素と酸素が生成する機構は未解明である。そこで本研究では、水分解光触媒としての性能を有するチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）のナノキューブを合成し、この粒子表面の微構造解析を実施し、高効率水分解光触媒の材料設計につながる指針を得ることに焦点をあてた。ペロブスカイト型構造を有するSrTiO3は水熱法を用いて合成を行った。水熱法は、ボトムアップ型アプローチが可能な溶液反応で、原子レベルから粒子を構築することができ、粒径や形状をコントロールすることができる。この水熱法を用いて得られたSrTiO3は結晶面が露出したナノクリスタルとして得られ、この結晶面が水分解光触媒性能に大きな影響を与えると考え、SrTiO3ナノクリスタルの粒子表面の微構造解析を実施した。球面収差法制付き走査透過型電子顕微鏡を用いてSrTiO3ナノクリスタルの粒子表面を観察した結果、水熱合成条件によって粒子表面の原子配列が異なることが示唆された。粒子表面の原子配列が異なるということは、水分解光触媒の性能を影響を与える可能性がある。現在、粒子表面を構築する元素の種類について、検討を実施している。また、自由自在に粒子表面の原子を入れ替えるために水熱合成条件の検討もあわせて実施している。水分解光触媒の性能向上につながる機構を解明するために、SrTiO3ナノクリスタルの粒子合成と微構造解析を引き続き実施する。

The world depends on oil (fossil fuels) for its survival, and oil (fossil fuels) for its limited resources. This study aims to investigate the possible utilization of photocatalysts for the decomposition of water elements and acids, and the utilization of photocatalysts for water decomposition. Water decomposition photocatalyst particles are irradiated with light, water and acid are decomposed, the surface of water decomposition photocatalyst particles is active, and the mechanism of water and acid formation is not yet understood. In this study, the performance of water decomposition photocatalyst was studied, and the synthesis of SrTiO3 particles was carried out. The microstructure analysis of the particle surface was carried out. The design of high efficiency water decomposition photocatalyst materials was focused on. SrTiO3 is synthesized by hydrothermal method. Hydrothermal method is a method for the formation of particles, etc. The hydrothermal method has been used to analyze the microstructure of SrTiO3 particles. Spherical diffraction method to investigate the use of SrTiO3 particles surface observation results, hydrothermal synthesis conditions for particles surface atomic arrangement is different The atomic arrangement of particle surface is different, and the performance of water decomposition photocatalyst is affected. Now, the types of elements that build the surface of particles are being discussed and discussed. The atom on the surface of the free particle is replaced by the hydrothermal synthesis condition. The performance of water decomposition photocatalyst is improved by mechanism analysis, particle synthesis and microstructure analysis of SrTiO3.