2021 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanism of photocatalytic reactions studied by operando mapping of photoinduced electric potential

Research Project

Project/Area Number	19H02681
Research Institution	Toyota Physical and Chemical Research Institute
Principal Investigator	松本吉泰公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (70181790)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	光触媒 / 顕微分光 / 電気化学インピーダンス測定 / 助触媒 / 光電流 / 光起電力
Outline of Annual Research Achievements	今年度に実施した研究内容を以下に示す。 1. 未担持のBiVO4薄膜試料において長時間にわたる励起光照射による光変換効率の変動の様子の詳細を測定した。その結果、光変換効率は照射時間に大きく依存することが判明した。すなわち、照射直後の変換効率の減衰に続いて照射が進むにつれて徐々に回復し、場合によっては照射直後の変換効率を大きく上まわる値になることがわかった。しかし、照射を中止するとまた変換効率が低下する。これはBiVO4を構成する金属イオンが光照射の有無にかかわらず電解質中に溶出するが、その種類が照射の有無に依存すると考えられる。このような照射光による変換効率の変化は光触媒BiVO4における反応機構などを定量的な議論をするための大きな障害になっていることがわかった。2. Mott-Schottky 測定を行ない、未担持のBiVO4薄膜試料のフラット電位を求めた。3. 開放電圧を照射光の強度の関数として測定し、光起電力を測定した。また、ケルビン顕微鏡により局所的な光起電力分布も測定した。その結果、表面の凹凸に応じて大きく光起電力が異なることがわかった。4. 助触媒CoOxを担持した試料、およびCoO とCo3O4 の純物質のX線吸収端分光を行ない、CoO とCo3O4の比を求めた。5. 助触媒CoOxを担持した試料のサイクリックボルタンメトリーを行ったところ、多段の表面水酸化物の酸化還元反応が起きていることがわかった。また、ある電位に保った試料における表面酸化の程度を定量することができた。6. さらに、この試料について励起光のある場合とない場合の両方についてインピーダンス測定を電位の関数として測定した。この結果を等価回路を用いて解析したところ、水酸化コバルトが酸素発生の開始物質として重要な役割を果していることが判明した。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。