2021 Fiscal Year Annual Research Report
Developement of photocatalyst working under visible light based on the elucidation of the photocatalytic properties to the overall H2O splitting
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19K05669
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水分解反応 / 光触媒 / チタン酸ストロンチウム / 金属イオンドープ / フラックス法 / チタン混合酸化物光触媒 / 光触媒特性改善要因 / 光応答性改善 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H2O分解反応を太陽光照射下、高活性で進行させる光触媒開発を目的として、この反応に対する光触媒の特性向上の要因を検討した。SrTiO3にMg、Ga、Inイオンをドープして光触媒特性への影響を検討した結果、Mgイオンドープが最も有効であった。AlドープSrTiO3と同様フラックス処理時にMgイオンをドープし、水素・酸素生成反応助触媒を光電着法で担持させたMgドープSrTiO3は100%に近い量子収率でH2O分解反応を進行させることを見出した。この結果、光触媒特性の向上は金属イオンドープによる電子・正孔の分離の促進、有効な助触媒の担持のみならず、表面の結晶面制御による反応場制御が必要であることが判明した。SrTiO3以外、層状構造のLa2Ti2O7、トンネル構造のNa2Ti6O13およびBaTi6O9を光触媒としてH2O 分解反応への光触媒特性向上要件の適用を試みた。その結果、有効な水素生成反応助触媒RhyCr2-yO3の担持により光触媒活性は著しく向上したが、同時に助触媒が酸化劣化する為失活する。そこで酸素生成反応助触媒CoOxを共担持すると失活が抑制され活性が向上した。一方、金属イオンドープ、調製条件制御などバルク・表面の状態制御を行うと更に光触媒特性向上が観測されたが、SrTiO3と比較してその程度は小さかった。これは、状態制御過程で光触媒に有効な結晶相が他の結晶相へ変化するためであり、高い特性を示す光触媒開発には状態制御要件の更なる検討の必要性が判明した。次に、光応答性改善の試みとしてSr2Ta2O7へSr窒化物の固溶とSrTiO3へ金属イオンドープを検討した。その結果、前者はSrTaO2N相が形成し可視光領域まで光吸収が発現することが確認され、後者ではTa, Rhをフラックス法でドープした光触媒が可視光下、犠牲剤水溶液によるテスト反応で比較的高い活性を示した。
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