2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new native visible-light-sensitive photocatalyst using mixed valence oxide for water splitting
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18K04840
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
田邉 豊和 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 講師 (50509130)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 太陽光水分解 / 光触媒 / 水素生成 / 混合原子価酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒による太陽光水分解は、シンプルかつクリーンなシステムであり、利用価値の高い水素を太陽光によって直接生成できる利点を持つ。可視光水分解光触媒には特定の電子配置 (ns)2,(nd)10による混成軌道の形成が重要であるという触媒設計指針に沿って、(ns)2,(nd)10が安定的に酸化物中に存在できるとされる金属元素、特にアンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)の混合原子価酸化物の合成を試みること、ならびに可視光水分解への有効性を評価することを目的とした。
前年度まで（H30,H31年度）において、新規のアンチモン(Sb)およびビスマス(Bi)系混合原子価酸化物の合成に成功し、光触媒特性の評価を行うことができた。R2年度においては、当該材料系が層状構造を有しており成長方向を制御することで超薄膜化が可能であることに着目し、混合原子価酸化物の超薄膜化による水素発生能の向上を試みた。構造規定剤としてPVP(ポリビニルピロリドン)を水熱合成前駆体溶液に加えることで、本研究の起点材料である混合原子価Sn3O4の板状試料の厚みを2nm程度まで超薄膜化することが可能であることを見出した。可視光照射下での水素発生反応において従来のバルクSn3O4よりも超薄膜化Sn3O4は２倍以上の水素生成速度を達成した。光還元による金属イオン還元実験により超薄膜のエッジ部が水素発生反応サイトとして機能していること、さらに光吸収実験により超薄膜化によりハンドギャップが拡張し、伝導帯の下端の負側へのシフトによる励起電子の還元能の向上が水素生成活性の促進につながっていることが明らかになった。本研究で合成した混合原子価酸化物及び超薄膜化法は、貴金属助触媒を使用することなく水素発生可能であるため、今後の太陽光水分解用光触媒材料として有用である。
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