2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly active visible-light responsive photocatalysts by the control of surface defects
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16H04188
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
山方 啓 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60321915)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒多 喜久 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40211263)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 水分解 / 欠陥準位 / キャリアダイナミクス / 再結合 / 電荷移動 / トラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、太陽光を用いて水から水素を製造できる光触媒が注目されている。しかし、実用的に用いるためには活性を飛躍的に向上させる必要がある。このような状況の中で、研究分担者の酒多喜久教授は、Ga2O3にCaやZnを共ドープすると、水分解の量子効率が70％を超えることを発見した。本研究では、時間分解可視近赤外中赤外分光法を用いて、このメカニズムを明らかにした。
2018年度は、2017年度に引き続き、Ga2O3から水素発生助触媒として担持したRhナノ粒子への電子移動過程を明らかにした。Rhナノ粒子にCO分子を吸着させ、赤外吸収スペクトルを測定すると、2100 cm-1付近にいくつかの吸収ピークが観察された。そして、そのうちの１本は、紫外光を照射してGa2O3のバンドギャップを励起すると、低波数側にシフトした。この低波数シフトは、Rh微粒子のフェルミ準位上昇に伴うCO分子への逆電子供与が原因である。この低波数シフトは、ドーピングの有無に関わらず観測されたが、その変化量はドーピングに依存し、電子の寿命が長い触媒ほどより低波数側にシフトすることが分かった。つまり、担体の中に長寿命の電子が存在すればするほど、より多くの電子がGa2O3からRhに移動し、その結果、Rhのフェルミ準位が押し上げられることを意味している。実際に、Ga2O3からRh微粒子への電子移動速度はドーピングの有無に寄らないが、気相に導入した水分子への電子移動はドーピングによって速くなった。これは、ドーピングによって電子の寿命が長くなると、Rhへ移動できる電子の数が増加し、Rhのフェルミ準位がより高い位置に押し上げられるので水の還元活性が上がったためであると説明できる。
また、ファインセラミックスセンターと共同研究を行い、理論計算を依頼した結果、Ga2O3にCaやZnをドープすると浅い欠陥準位が形成されることがわかった。これらの結果は我々の実験結果と良く一致している。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(52 results)
