光化学ダイオードによる反応の整流効果と二酸化炭素固定化への応用

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650915
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Nara National College of Technology
• Principal Investigator: 泉 生一郎 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (50043477)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石丸 裕二 奈良工業高等専門学校, 化学工学科, 助手 (70270311) ; 京兼 純 奈良工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (50043469) ; 片倉 勝己 奈良工業高等専門学校, 化学工学科, 助教授 (80169466)
• Keywords: 光化学ダイオード / 光エネルギー変換 / 二酸化炭素固定 / 光触媒 / 黒鉛層間化合物

Research Abstract

本研究は、光エネルギー変換素子としての「生成物分離型光化学ダイオード」の動作機能を確認することともに、二酸化炭素の還元により有機化合物を合成することを具体的な目的としており、平成9年度と平成10年度の2年間の計画で実施しているものである。初年度の平成9年度に得られた研究成果の概要は以下の通りである。
1.チタン板の片面に焼成により酸化チタン半導体薄膜を形成し、これにより2種の電解質溶液を完全に仕切った2室セルとして「生成物分離型光化学ダイオード」を作製した。この光化学ダイオードのチタン側溶液に炭酸水素カリウム溶液を入れ、硫酸カリウム水溶液を入れた酸化チタン面へのXe光照射を行うと、酸化チタン側では水分解による酸素発生、暗部金属チタン側ではもっぱら水素発生が起こることが分かった。このことから、光化学ダイオードの電荷分離と両サイトにおける酸化還元反応の機能を確認した。
2.チタン金属面に予め銅を電析させn-TiO_2/Ti/Cuタイプの光化学ダイオードとし、上記と同じ条件下で光照射を行うと、水素以外に二酸化炭素からの還元生成物としてメタン、エチレン、一酸化炭素が発生し、光化学ダイオードによる二酸化炭素還元が可能なことを明らかにした。
3.さらに銅表面に銀を電析させ、銅と銀の表面比率をかえることにより二酸化炭素還元からの生成物分布に選択性をもたらすことができた。例えば、銀の比率を大きくすると、メタンとエチレンの生成割合が逆転し、表面が全て銀で覆われた時には一酸化炭素の発生が優先することが分かった。
4.塩化物-黒鉛層間化合物を合成し、その光感応性について検討を加えた。アノード分極下でn型半導体、カソード分極下でp型半導体的な挙動を示すことを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 泉 生一郎: "塩化銅-黒鉛層間化合物のCO_2還元に対する電極触媒効果" 奈良高専・研究紀要. No.33. 105-110 (1997)
• [Publications] Yasuyuki OHNISHI: "Selective CO_2 Reduction at a Product-Separable Photochemical Diode" DENKI KAGAKU. Vol.66. 掲載予定 (1998)
• [Publications] Jun KYOKANE: "Application to electronic devices using organic thin films by ion-beam-evaporation method" Synthetic Metals. Vol.8. 1393-1394 (1997)
• [Publications] Junji TERAOKA: "Resonance Raman Characterization of Antimony (III) Hyperporphyrin" Chemstry Letters. 1293-1294 (1997)