酸化物や硫化物固溶体を基礎とした可視光照射下で水の分解に活性を示す光触媒系の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11640601
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 工藤 昭彦 東京理科大学, 理学部, 助教授 (60221222)
• Keywords: 光触媒 / 可視光応答性 / 水の光分解 / バナジン酸ビスマス / タンタル酸ストロンチウム / ニオブ酸ストロンチウム

Research Abstract

1.同じ層状ペロブスカイト構造を持つSr_2Ta_2O_7とSr_2Nb_2O_7が,純水の水素と酸素への光分解反応に活性を示した。これらのバンドギャップは,それぞれ4.5eVと3.9eVであった。Sr_2Ta_2O_7は,UV照射により,助触媒を担持しなくても水素と酸素を与えた。さらに,酸化ニッケルを助触媒として担持することにより,前処理をしなくても活性が飛躍的に増加した。そのNiO(0.15wt%)/Sr_2Ta_2O_7の270nmでの量子収率は12%であった。一方,Sr_2Nb_2O_7は,そのままでは活性を示さないが,酸化ニッケルを担持し,前処理をすることによりはじめて高活性を示した。これらの挙動の違いは,主にSr_2Ta_2O_7の方がSr_2Nb_2O_7よりも高い伝導帯レベルを持っているためであると結論された。
2.ソフト溶液プロセスにより可視光照射下で高活性を示すBiVO_4光触媒を開発した。ここで,仕込み時のBi:Vの比を変えることにより,monoclinicとtetragonalのBiVO_4を選択的に合成することができた。この方法で合成されたBiVO_4は,非常に良い結晶性を有することがXRD,SEMから確認された。2.9eVのバンドギャップを持つtetraは,主に紫外光領域にしか吸収を持たなかったのに対して,2.4eVのバンドギャップを持つmonのBiVO_4はその紫外吸収バンドに加えて可視光領域に特徴的な吸収を持っていた。このmonのBiVO_4は,可視光照射下(λ>420nm)において高い活性を示し,450nmにおいて9%の量子収率が得られた。

Research Products

• [Publications] A.Kudo,T.Shibata,and H.Kato: "Ultraviolet Luminescence of Rb_4Ta_6O_<17> with a Layerd Structure"Chem.Lett.. 959-960 (1999)
• [Publications] A.Kudo and S.Hijii: "H_2 or O_2 Evolution from Aqueous Solutions on Layerd Oxide Photocatalysts Consisting of Bi^<3+> with 6s^2 Configuration and d^0 Transition Metal Ion"Chem.Lett.. 1103-1104 (1999)
• [Publications] A.Kudo,S.Nakagawa,and H.Kato: "Overall Water Splitting into H_2 and O_2 under UV Irradiation on NiO-loaded ZnNb_2O_6 Consisting of d^<10> and d^0 Ion"Chem.Lett.. 1197-1198 (1999)
• [Publications] H.Kato andA.Kudo: "Photocatalytic Decomposition of Pure Water H_2 and O_2 over SrTa_2O_6 Prepared by a Flux Method"Chem.Lett.. 1207-1208 (1999)
• [Publications] A.Kudo,K.Omori,and H.Kato: "A Novel Aqueous Process for Preparation of Crystal Form-Controlled and Highly Crystalline BiVO_4 Powder from Layerd Vanadates at Room Temperature and its Photocatalytic and Photophysical Properties"J.Am.Chem.Soc.. 121・49. 11459-11467 (1999)
• [Publications] A.Kudo,H.Kato,and S.Nakagawa: "Water Splitting into H_2 and O_2 New Sr_2M_2O_7(M=Nb and Ta)Photocatalysts with Layere Perovskite Structures-Factors Affecting the Photocatalytic Activit-"J.Phys.Chem.. 104・3. 571-575 (2000)
• [Publications] 工藤昭彦: "光触媒を用いた水からの水素製造"水素エネルギーシステム. 24・1. 76-80 (1999)
• [Publications] 工藤昭彦: "高活性な電極触媒材料を簡便かつ迅速に見つけだす"化学. 54・5. 65-66 (1999)
• [Publications] 工藤昭彦: "細孔に取り込まれた光活性物質の挙動とその視覚化"触媒. 41・5. 322-323 (1999)
• [Publications] 工藤昭彦: "フレキシブルな二次元微空間を持つ層状物質"化学と教育. 47・8. 536-539 (1999)
• [Publications] 工藤昭彦: "粉末光触媒による水の完全光分解反応"ケミカルエンジニヤリング. 44・12. 925 (1999)
• [Publications] 工藤昭彦: "触媒を擦って水を水素と酸素に分解する新規なエネルギー変換反応"触媒. 41・8. 621 (1999)