人工光合成系としての光半導体表面を使う高効率水素生成

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06453200
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤嶋 昭 東京大学, 工学部, 教授 (30078307)
• 研究分担者: 馬場 凉 東京大学, 工学部, 助手 (70198951) ; 橋本 和仁 東京大学, 工学部, 助教授 (00172859)
• キーワード: 半導体光触媒 / 高効率水素生成 / 人工光合成系 / ハイブリッドシステム / 機能性薄膜 / 超微粒子 / ラマンイメージング法 / 光電流マッピング

研究概要

本研究は新規な酸化物半導体を用いた高効率ハイブリッド光触媒系の創成を目的とし、そのために必要となる材料作製法の確立や反応機構の解明、新しいマイクロ表面その場分析法の開発などを目指している。研究初年度にあたる本年度は、新規な高活性酸化チタン薄膜やナノサイズ超微粒子半導体光触媒の作製法の開発、および光触媒表面のキャラクタリゼーション法の開発と反応機構の検討などに関して以下のような成果を得た。
1、高活性酸化チタン光触媒薄膜の合成とその光化学・電気化学的特性評価
Ti-テトライソプロポキシドを出発原料として噴霧熱分解法、CVD法、およびゾルゲル法により酸化チタン薄膜を作製し、それらの光触媒薄膜をアセトアルデヒドの光触媒分解反応に基づいて活性評価し、製膜法の最適化を図ることにより平滑透明でしかも活性標準光触媒であるP25粉末を凌ぐ高活性な光触媒薄膜の開発に成功した。
2、ナノサイズ半導体超微粒子の粒系制御と光触媒特性の検討
量子サイズ効果により高活性、高反応選択的な光触媒特性が期待される粒径50-200A程度の硫化カドミウムの超微粒子を作製し、これをポリアクリルアミドゲル電気泳動法により分画してカラム内における蛍光挙動に基づいて単分散試料を分取することに成功した。
3、光電流やラマン分光法等、半導体光触媒評価法の検討
光触媒反応機構の解明と光触媒表面の微小領域における分析手法の開発を目的として実効分解能10μmで表面の2次元ラマン散乱イメージおよび光電流分布を画像化できるシステムの開発に成功した。現在、これを用いて溶液/半導体薄膜界面のin-situキャラクタリゼーションや活性サイトに関する種々の測定を実施している。このシステムを用いて、来年度以降に予定しているハイブリッド光触媒表面の光化学・電気化学的検討によって高活性光触媒システム構築に向けた設計指針が得られるものと期待される。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohkawa: "Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide on Hydrogen-storing Materials:--Part 4.Electrochemical Behavior of the Pd Electrode in Aqueous and Nonaqueous Electrolyte" J.Electroanal.Chem.369. 247-250 (1994)
• [文献書誌] A.Fujishima: "Thin Semiconductor Films:Photoeffects and New Applications" Electrochem.Acta. 39. 1229-1236 (1994)
• [文献書誌] H.Yoshiki: "Electroless Copper Plating Using ZnO Thin Film Coated on a Glass Substrate" J.Electrochem.Soc.141. L56-L58 (1994)
• [文献書誌] T.Yano: "Observation and Surfaces Modification of Electropolymerized Poly(N-Methylpyrrole)Using Atomic Force Microscopy" J.Vac.Sci.Technol.B,. 12. 1596-1599 (1994)
• [文献書誌] L.A.Nagahara: "Mica Etch Pits as a Height Calibration Source for Atomic Force Microscopy" J.Vac.Sci.Technol.B.12. 1694-1697 (1994)
• [文献書誌] O.Sato: "A Novel Approach to the Polydiacetylene Langnmir-Blodegett Film by the Surface-Specific Optical Third Harmonic Generation Based on the Angular Momentum Conservation Rule" J.Electroanal.Chem.372. 279-281 (1994)
• [文献書誌] Jin-Fang Zhi: "Conjugated Molecular System of Photochromism and Electrochromism.Photoelectrochemical Behavier of Nitrospirobenzopyran at Low Temperature" Chem.Lett.1521-1524 (1994)
• [文献書誌] L.Jiang: "Surface Photovoltage Spectroscopy and Mapping by Atomic Force Microscopy" Chem.Lett.1975-1978 (1994)
• [文献書誌] X.M.Yang: "In Situ Observation of the Au-Hg Alloy Formation on a Gold Electrode Surface by Atomic Force Microscopy" Chem.Lett.2059-2062 (1994)
• [文献書誌] T.Saeki: "Electrochemical Reduction of Liquid CO_2.---Drastic Enhancement of Current Density---" J.Electrochem.Soc.141. L130-L132 (1994)
• [文献書誌] H.Sakai,: "Intracellular Ca^<2+> Concentration Change of T24 Cell Under Irradiation in the Presence of TiO_2 Ultrafine Particles" Biochim.Biophys.Acta. 1201. 259-265 (1994)
• [文献書誌] H.Sakai: "Separate Monitoring of Reaction Products Formed at Oxidation and Reduction Sites of TiO_2 Photocatalysts Using a Microelectrode" J.Electroanal.Chem.379. 199-205 (1995)