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2010 Fiscal Year Annual Research Report

太陽光と新規な酸化チタン薄膜素子による水からの水素と酸素の分離生成とその高効率化

Research Project

Project/Area Number 20360366
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

安保 正一  大阪府立大学, 光学研究科, 教授 (70094498)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松岡 雅也  大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (80305648)
竹内 雅人  大阪府立大学, 工学研究科, 准教授 (90382233)
Keywords可視光応答型光触媒 / 酸化チタン薄膜 / マグネトロンスパッタ / 太陽光利用 / 水の分解反応 / 水素と酸素の分離生成 / 積層型薄膜触媒 / 2槽型セル
Research Abstract

マグネトロンスパッタ法で作製した緻密な表面構造を持つインナーレイヤーと,可視光領域応答型のVis-TiO_2薄膜とを積層させた,積層型の薄膜光触媒を作製した。Vis-TiO_2薄膜の活性はインナーレイヤー成膜時の基板温度に依存し,インナーレイヤー成膜時の基板温度が473Kの時に最大となることを見出した。473Kの基板温度で成膜したインナーレイヤーはアナタース構造を有するため,その上に積層するVis-TiO_2ではアナタース相の結晶が成長し、TiO_2結晶の二次粒子径が減少し薄膜の表面積が増大したため水分解活性が向上したと考えられる。また、Vis-TiO_2は特異的な柱状構造を持ち,薄膜を形成する柱状の粒子間に空隙を持つ。この空隙に電解液が浸入し基板表面で水素生成などの副反応が生じることが,活性低下の原因の一つと考えられるが,インナーレイヤーで基板表面を被覆することにより副反応が抑制され,水分解反応の活性が向上した。さらなる活性向上を目的としてVis-TiO_2にHF処理を行った。インナーレイヤーの有無を問わず,HF処理により,その水分解活性が高くなった。さらに,積層後の可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒において,HF処理による活性向上がより顕著に見られた。HF処理では,ルチル相よりもアナタース相が選択的に溶解する。このため,インナーレイヤーの導入によりアナタース含有率が高くなる積層型の可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒において,酸化チタン表面の溶解がより効率よく進行し,活性向上の度合も顕著になったものと考えられる。さらに,これらHF処理を行った積層型酸化チタン薄膜を電極として用いると,グリセリンなどのバイオマスを燃料として発電可能な光燃料電池を構築でき,対極側にヨウ素レドックスを導入した2槽型の燃料電池を構築することで,発電効率が大幅に向上することが明らかとなった。

  • Research Products

    (17 results)

All 2011 2010

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (10 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] The effect of various calcination treatments on the photocatalytic activity of a rod-type TiO_2 electrode for oxidation of ethanethiol2010

    • Author(s)
      T-H.Kim, M.Saito, M.Matsuoka, S.Tsukada, K.Wada, M.Anpo
    • Journal Title

      Res.Chem.Intermed.

      Volume: 36 Pages: 453-461

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent advances in visible light-responsive titanium oxide-based photocatalysts2010

    • Author(s)
      P.Ji, M.Takeuchi, T-M.Cuong, J.Zhang, M.Matsuoka, M.Anpo
    • Journal Title

      Res.Chem.Intermed.

      Volume: 36 Pages: 327-347

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrogen generation from photocatalytic water splitting over TiO_2 thin film prepared by electron beam-induced deposition2010

    • Author(s)
      C-W.Huang, C-H.Liao, J.C.S.Wu, Y-C.Liu, C-L.Chang, C-H.Wu, M.Anpo, M.Matsuoka, M.Takeuchi
    • Journal Title

      Intern.J.Hydorog.Energ.

      Volume: 35 Pages: 12005-12010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Surface Treatment on the Selective Photocatalytic Oxidation of Benzyl Alcohol into Benzaldehyde by O2 on TiO2 Under Visible Light2010

    • Author(s)
      S.Higashimoto, K.Okada, T.Morisugi, M.Azuma, H.Ohue, T-H.Kim, M.Matsuoka, M.Anpo
    • Journal Title

      Topics Catal

      Volume: 53 Pages: 578-583

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photocatalytic Activity of Visible Light-responsive TiO2 Thin Films Deposited on Various Anodized Ti-metal Substrates by a RF Magnetron Sputtering Method2010

    • Author(s)
      T-H.Kim, M.Matsuoka, M.Kitano, Y.Itoh, M.Takeuchi, M.Anpo
    • Journal Title

      Res.Chem.Intermed.

      Volume: 36 Pages: 319-326

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Preparation of Double-layered Visible Light-responsive TiO_2 Thin Films by a Magnetron Sputtering Deposition Method and Their Photocatalytic Activities for Water Splitting Reaction2011

    • Author(s)
      M.Matsuoka, R.Tode, A.Ebrahimi, K.Iyatani, M.Takeuchi, M.Anpo
    • Organizer
      241st ACS National Meeting & Exposition
    • Place of Presentation
      Anaheim, USA
    • Year and Date
      2011-03-30
  • [Presentation] Investigation on Photoelectrochemical Properties of Metal Nanoparticle Deposited Visible Light-responsive TiO_2 Thin Film Photocatalysts2010

    • Author(s)
      A.Ebrahimi, M.Takeuchi, M.Matsuoka, M.Anpo
    • Organizer
      The 15th International Conference on TiO2 Photocatalysis : Fundamentals and Applications
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2010-11-30
  • [Presentation] マグネトロンスパッタ法により成膜した積層型の可視光応答型酸化チタン薄膜光触媒による水の分解反応2010

    • Author(s)
      戸出良平, 飯屋谷和志, 竹内雅人, 松岡雅也, 安保正一
    • Organizer
      第29回固体・表面光触媒討論会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2010-11-16
  • [Presentation] マグネトロンスパッタ法により成膜した積層型の可視光応答型TiO_2光触媒を用いた水の分解反応2010

    • Author(s)
      戸出良平, 飯屋谷和志, 竹内雅人, 松岡雅也, 安保正一
    • Organizer
      第106回触媒討論会
    • Place of Presentation
      山梨
    • Year and Date
      2010-09-16
  • [Presentation] 可視光応答型酸化チタン薄膜を電極とする光燃料電池の構築2010

    • Author(s)
      守安まどか、飯屋谷和志、齋藤雅和、竹内雅人、松岡雅也、安保正一
    • Organizer
      第106回触媒討論会
    • Place of Presentation
      山梨
    • Year and Date
      2010-09-16
  • [Presentation] Development of Highly Functional TiO_2 Thin Film Materials by a RF Magnetron Sputtering Method and their Applications in the Constructions of Photo-induced Fuel Cells and Dye-Sensitizer-free Thin Film Solar Cells2010

    • Author(s)
      M.Takeuchi, M.Matsuoka, M.Anpo
    • Organizer
      2nd International Symposium on Solar Fuels and Solar Cells
    • Place of Presentation
      Dalian, China
    • Year and Date
      2010-08-25
  • [Presentation] New Approaches in the Development of Highly Active TiO_2 Thin Film Photocatalysts and Their Functionality and Reactivity2010

    • Author(s)
      M.Anpo
    • Organizer
      6th European Meeting on Solar Chemistry and Photocatalysis : Environmental Applications : Environmental Applications
    • Place of Presentation
      Prague, Czech Republic
    • Year and Date
      2010-06-12
  • [Presentation] Preparation of Visible Light-responsive TiO_2 Thin Film by RF Magnetron Sputtering Deposition Method and Its Application for H2 Production and Photofuel Cell2010

    • Author(s)
      M.Matsuoka, K.Iyatani, M.Saito, M.Moriyasu, A.Ebrahimi, M.Takeuchi, M.Anpo
    • Organizer
      6th European Meeting on Solar Chemistry and Photocatalysis : Environmental Applications : Environmental Applications
    • Place of Presentation
      Prague, Czech Republic
    • Year and Date
      2010-06-12
  • [Presentation] Photocatalytic water splitting on double-layered visible light-responsive TiO_2 thin films prepared by a magnetron sputtering deposition method2010

    • Author(s)
      R.Tode, M.Takeuchi, M.Matsuoka, M.Anpo
    • Organizer
      6th European Meeting on Solar Chemistry and Photocatalysis : Environmental Applications : Environmental Applications
    • Place of Presentation
      Prague, Czech Republic
    • Year and Date
      2010-06-12
  • [Presentation] Development of Visible-light Responsive TiO_2 Thin Film Photocatalysts by Magnetron Sputtering Method and Their Applications as Green Chemistry Materials2010

    • Author(s)
      M.Matsuoka
    • Organizer
      Spring Meeting of the Materials Research Society of Korea
    • Place of Presentation
      Samcheok, Korea
    • Year and Date
      2010-05-10
  • [Book] "Environmentally Benign Photocatalysts" Development of Well-Defined Visible Light-Responsive TiO2 Thin Film Photocatalysts by Applying a RF-Magnetron Sputtering Deposition Method2010

    • Author(s)
      M.Takeuchi, M.Anpo
    • Total Pages
      17
    • Publisher
      Springer, New York
  • [Book] "Environmentally Benign Photocatalysts" Photocatalytic Hydrogen Production from Water on Visible Light-Responsive TiO2 Thin Films Under Solar Light Irradiation2010

    • Author(s)
      M.Kitano, M.Takeuchi, M.Matsuoka, M.Ueshima, M.Anpo
    • Total Pages
      16
    • Publisher
      Springer, New York

URL: 

Published: 2012-07-19  

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