2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of gas phase photocatalysis on nanostructured semiconductor surfaces and its application toward artificial photosynthesis
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17K18886
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
野田 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30372569)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 半導体ナノ構造 / 光触媒 / 人工光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、陽極酸化で作製したn型の酸化鉄（α-Fe2O3）ナノチューブアレイ表面に、パルス電着によって酸化銅（I）（Cu2O）を堆積したα-Fe2O3/Cu2O複合体において、昨年度に引き続き、気相光触媒反応過程の多角的な評価を行った。その結果、気相メタノールと気相水の混合物に対して、可視光照射に伴う水素生成が生じることを確認すると共に、ヒドロキシテレフタル酸の蛍光検出に基づく光酸化力評価や電子スピン共鳴を利用した酸素ラジカル検出に基づく光還元力評価も併せて実施した。それらの測定から、Cu2O微粒子を堆積することでα-Fe2O3の光触媒活性が更に向上することが判明し、全電気化学的手法により形成したα-Fe2O3とCu2Oのヘテロ接合においてZ-スキーム反応機構が存在していることを示すに至った。
一方、陽極酸化で作製した酸化チタン（TiO2）ナノチューブアレイ表面に、同じくパルス電着によりCu2O微粒子を堆積した試料に対して、高真空下において、紫外光照射時にメタノール分解と水素生成が生じることを明らかにし、Cu2O微粒子が貴金属フリーの助触媒として機能することを見出した。更に、紫外光と可視光の同時照射下での二酸化炭素（CO2）の光還元過程を高真空下で追跡し、CO2の光還元に伴う中間生成物をリアルタイムで検出するに至った。また、TiO2ナノチューブアレイとPd薄膜の二層構造を基にした水素生成と分離を同時に実現するメンブレンリアクターに関して、膜厚2μm程度の自立型メンブレンの作製が可能であることを見出し、メンブレンの薄膜化に伴う水素生成速度の増大を確認した。
以上のように、 ワイドギャップの酸化物半導体材料を対象として、気相反応場に着目した人工光合成反応に関する新しい知見、及び高機能光触媒メンブレンリアクターの実現に向けた有益な成果を得た。
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