2022 Fiscal Year Annual Research Report
高効率水分解用酸ハロゲン化物光触媒の開発と構造活性相関の追究
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21K14719
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鈴木 肇 京都大学, 工学研究科, 助教 (10862873)
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2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 酸ハロゲン化物 / 水分解 / 可視光 / 水素製造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、可視光水分解光触媒として層状酸ハロゲン化物が注目されている。最近、詳細なバンド構造解析等によって、この物質群の有する特異な価電子帯バンド構造が可視光吸収能と高い安定性の両立を可能としていることが明らかにされたものの、依然として構造－物性相関は不明な点が多く存在する。本研究では、まず異なる２種類のハロゲン層を構成層として含むSillen型酸ハロゲン化物PbBi3O4Cl3が可視光水分解用光触媒として機能することを見出した。続いて同構造の物質探索を進めたところ、Sillen型酸塩化物の可視光吸収発現に重要と考えていたPbをSrに置換したSrBi3O4Cl3もPbBi3O4Cl3と同等の可視光吸収を示すこと、更には水分解用光触媒として機能することを見出した。そこで、このSrBi3O4Cl3に注目し、類似構造を有する紫外光応答型SrBiO2Cl、BiOClと結晶構造・バンド構造を詳細に比較することで、SrBi3O4Cl3が特異的に示す可視光吸収の起源解明を行った。SrBi3O4Cl3はシングルハロゲン層とダブルハロゲン層の二種類が交互に積層する構造を有し、SrBiO2ClおよびBiOClは、それぞれシングルハロゲン層とダブルハロゲン層のみを構成層として含む。電気化学測定やDFT計算、マーデルングポテンシャル計算の結果から、SrBi3O4Cl3の特異的な可視光吸収は、シングルハロゲン層を介したBi-Bi間相互作用による伝導帯下端の低下とダブルハロゲン層のClアニオンの静電的不安定化による価電子帯上端の上昇に由来することが強く示唆された。今後、本知見を他の層状酸ハロゲン化物に適応することにより新たな可視光応答型光触媒の開発が期待される。
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