2016 Fiscal Year Research-status Report
窒素アニオンおよび硫黄アニオンを含む半導体光触媒を用いた可視光水分解系の開発
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15K17896
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
東 正信 京都大学, 工学研究科, 助教 (10711799)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 可視光水分解 / 硫化物 / 酸窒化物 / Zスキーム / 光触媒 / キャリア密度 / ドーピング / シアノ錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、複合金属シアノ錯体K2[CdFe(CN)6)]を硫化物光触媒に担持すると、フェロシアン化物イオン存在下で、安定に水素を生成できることを見出してきた。これは、硫化物光触媒中に生成した正孔を、このシアノ錯体が効率良く捕捉し、フェロシアン化物イオンの酸化を促進することで、硫化物光触媒の自己酸化失活が抑制されたためである。このように金属シアノ錯体修飾は硫化物光触媒を水分解系へ適用する方法として有用である。
今年度は、有毒なCdを含まない系の構築および高効率化を目的とし、様々な複合金属シアノ錯体の物性と光触媒活性との相関について検討した。様々な複合金属シアノ錯体（M-Feシアノ錯体）の電気化学測定を行い、酸化還元特性を検討したところ、金属種Mの種類によって、可逆性や酸化還元電位が異なることが明らかとなった。次に、様々なM-Feシアノ錯体を修飾し、光電極および光触媒粉末を用いた性能の検討を行った。その結果、従来報告してきたCd-Feシアノ錯体に加えてIn-Feシアノ錯体の修飾も水素生成速度の向上に寄与することを見出した。Ag-Fe, Cu-Feシアノ錯体の修飾では水素生成速度が大幅に低下し、これは、Ag-Feシアノ錯体の不可逆な酸化還元挙動やCu-Feシアノ錯体のCu(Ⅱ)の還元に励起電子が消費されたことが主な要因であると考えられる。この際、M-Feシアノ錯体の酸化還元電位と活性に相関はなく、酸化還元の可逆性が光触媒活性に影響を与えることが示された。
窒素アニオンを含む系では、ANbO2N (A = Sr, Ba)にカチオンドーピングを行うことでキャリア密度を制御し高効率化を試みた。Nb5+サイトに低価数カチオンをドープすると、還元種の生成が抑制されて（キャリア密度が減少）、光電流特性が向上することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Cdを含む複合金属シアノ錯体以外に、インジウム（In）を含む錯体も有用であり、担持したときの水素生成活性はIn体の方が高いことが明らかになった。また硫化物光触媒自体の開発も行っており、組成比を変えることで長波長の光が利用可能な固溶体硫化物光触媒(AgIn)xZn2(1-x)S2も新たにフェロシアン化物イオンから水素を生成できることを見出しており、順調に進展している。
また、窒素アニオンを含む系では、Nb系酸窒化物に異種カチオンドーピングを行うことにより、キャリア密度を制御することで光電極性能の高効率化が可能となり、今度の進展が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
硫化物系光触媒を用いた水分解系では、利用可能な複合金属シアノ錯体の探索とともに、その修飾法の検討を行う。現在、あらかじめ調製した粒子状の複合金属シアノ錯体を硫化物光触媒に担持しているため、粒子間の接合は良好ではないと推察される。そこで、硫化物光触媒表面での複合金属シアノ錯体の直接合成を行う。また、母体となる硫化物光触媒の展開を図るとともに、合成法の検討を行う。
窒素アニオンを含む系では、光アノードとして用いたドーピングされたNb系酸窒化物を、粉末光触媒系に展開していく。光アノードでは、適切なドーパントの探索により半導体バルクの特性を改善するとともに、助触媒担持による表面特性の改善を行い、安定性および高効率化を図る。
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| Causes of Carryover |
当該年度では、光触媒・光電極および錯体の調製を主におこなっていたため、物品費が比較的抑えられたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度では、光触媒・光電極および錯体を効率良く調製し、そしてそれらの性能評価していいくための物品を購入し、研究を円滑に推進していく。
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Research Products
(7 results)
