光照射されたダイヤモンド電極による炭酸ガスの還元

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480142
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤嶋 昭 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30078307)
• 研究分担者: 八木 一三 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (40292776)
• キーワード: ダイヤモンド / 炭酸ガスの還元 / 地球温暖化 / 環境問題 / エチレン / アルコール / 光電気化学 / 光エネルギー

研究概要

近年の社会情勢において地球温暖化の環境問題は深刻であり、排気された炭酸ガスなどの再利用の必要性は至急解決しなければならない問題である。そこで炭酸ガス還元・再資源化する電気化学的手法、特にダイヤモンド電極を利用した光電気化学法に着目し、資源的に有用性の高いエチレンやアルコールを得るシステムの開発、およびその応用の検討を行うことを目的として研究を重ねてきた。ダイヤモンド電極は作製時にドープ率を制御することにより抵抗率を10^5から10^2Ωcmまでコントロールでき、またバンドギャップは約5.5eVと非常に大きく、1000℃付近でも動作可能な新規材料である。本研究では広いバンドギャップから生まれる強いエネルギーを持つ電子・正孔に着目し、炭酸ガス還元を行う電極として初めてダイヤモンド薄膜を用いたものである。
炭酸ガスの光エネルギー還元のために、電極材料として用いたフリースタンディングp型ダイヤモンド薄膜の作製とその光電気化学特性を評価し、光電気化学反応による二酸化炭素の還元について詳細に研究を遂行してきた。これまで困難であった炭酸ガスの電気化学的還元反応がほぼ達成できた。 本年度の研究成果を下記に述べる。
1. 既存のマイクロ波プラズマCVD装置によるフリースタンデイングp型半導体ダイヤモンド薄膜の作製とその物性評価-従来、気相合成法のダイヤモンド薄膜はシリコン基板上に成長させていたため薄膜の半導体としての性質を正確に把握することが困難あったがフリースタンディングの半導体ダイヤモンドを作製することにより、物性評価ができた。
2. フリースタンディングダイヤモンド薄膜のXe・Hgランプ照射下における光電気化学的特性の評価とシリコン基板付きダイヤモンド薄膜電極の光電気化学的特性との比較検討-従来作製していた基板付きのダイヤモンド薄膜電極の比較を通して、ダイヤモンドによる炭酸ガス還元の電気化学的メカニズムを解析が当初の目的が達成できた。

研究成果

• [文献書誌] Y.Komoda: "Influence of the Rotation Rate of a Rotary Viscometer on the Photoelectroheological Properties of TiO2 Particle Suspensions" J.Electrochem.459. 155-165 (1998)
• [文献書誌] K.KObayakawa: "Continuous-Flow Photoreactor Packed with Titanium Dioxide Immobilized on Large Silica Gel Beads to Decompose Oxalic Acid in Excess Water" J.Photochem.Photobiol.A:Chem.118. 65-69 (1998)
• [文献書誌] Y.Einaga: "Mossbauer Study on Characterization of Co{Fe(CN)_5NH_3}・xH_2O" Hyperfine Interaction. 116. 159-166 (1998)
• [文献書誌] K.Hirota: "Photoelectrochemical Reduction of CO_22 in a High-Pressure CO_<2+> Methanol Medium at p-Type Semiconductor Electrodes" J.Phys.Chem.B. 102(49). 9834-9843 (1998)
• [文献書誌] R.D.Sun: "Formation of Catalytic Pd on ZnO Thin Films for Electroless Metal Deposition" J.Electrochem.Soe.145(10). 3378-3382 (1998)
• [文献書誌] S.I.Matsushita: "New Mesostructured Porous TiO_2 Surface Prepared Using a Two-Dimensional Array-Bassed Template of Silica Particles" Langmuir. 14(22). 6441-6447 (1998)
• [文献書誌] A.Fujishima: "Titanium Oxide-Coated Glass:Self-Cleaning and Anti-Fogging Propertied and Applictions Effect of Ultrasonic Treatment on lighly Hydrophilic TiO_2 Surfaces" Inter.Glass Review-Flat Glass Pracessing. 114-116 (1998)
• [文献書誌] B.Ohtani: "Surface Functionalization of Doped CVD Diamond Via Covalent Bond. An XPS Study on the Formation of Surface-Bound Quaternary Pyridinium Solt." Chem.Lett.953-954 (1998)
• [文献書誌] X.M.Yang: "Surface-Enhanced Raman Imaging(SERI)as a Technique for Imaging Molecular Monolayers with Chemical Selectivity Under Ambient Conditions" J.Raman, Spectroscopy. 29. 725-732 (1998)
• [文献書誌] L.Jiang: "Photoinduced Dislocation Lines on the(111)Face of C60 Single Crystals" J.Phys.Chem.B. 102(33). 6351-6359 (1998)
• [文献書誌] K.Sunada: "Bactericidal and Detoxification Effects of TiO_2 Thin Film Photocatalysts" Enviromental Sci.& Technology. 32(5). 726-728 (1998)
• [文献書誌] N.Sakai: "Effect of Adsorbed Water on the Photoelectrorheology of TiO_2 Particle Suspensions" J.Electroanal.Chem.445. 1-6 (1998)
• [文献書誌] L.jiang: "Soliton Superlattices on the(0001)Surface of C70 Single Cyrstals" Sar.Sci.408. 112-122 (1998)
• [文献書誌] Y.Kim: "AFM Study of Surface Phenomena Based on C_<60> Film Growth" Appl.Sur.Sci.130-132. 602-609 (1998)
• [文献書誌] T.Yamamoto: "Electrochemical Reduction of CO_2 in Micropores" Chem.Lett.825-826 (1998)
• [文献書誌] Y.Amano: "Photo-thermally Induced Phase Transition in Vanadyl Phthalocyanine Thin Film" Chem.Lett.639-640 (1998)
• [文献書誌] Y.Einaga: "External Magnetic Field Effect on the Photoinduced Magnetization in a Cobalt Iron Cyanide" Chem.Lett.585-586 (1998)
• [文献書誌] X.M.Yang: "Examination of the Photoreaction of p-Nitrobenzoic Acid on Electrochemically Roughened Silver Using Surface-Enhanced Raman Imaging(SERI)" J.Phys.Chem.B. 102. 4933-4934 (1998)