| 研究概要 |
これまでに、d^<10>電子状態のp-ブロック金属イオン(Ga^<3+>,In^<3+>,Ge^<4+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>)を含む金属酸化物にRuO_2を担持した場合に、水の光分解反応に対する光触媒となることを見出してきた。光触媒作用に対するd^<10>電子状態金属イオンの役割を考える上で、複数のd^<10>電子状態の金属イオンを持つ複合金属酸化物は重要であり、本年度は、In^<3+>とGe^<4+>金属イオンを併せ持つAInGeO_4(A=Li,Na)について水の分解反応に対する光触媒活性を調べた。1wt%RuO_2担持LiInGeO_4は、水素と酸素を与える安定な光触媒活性を示した。その活性はLiInGeO_4の焼成温度に依存し、1123K以上の焼成において焼成温度と共に活性が増加し1273Kで最大活性をとり、さらに焼成温度を上げると活性は急激に低下した。単独型酸化物であるLi_2GeO_3やLiInO_2にRuO_2を担持した場合に、両者とも、わずかな水素発生のみで光触媒活性は著しく低く、InとGeを組み含わせたLiInGeO_4場合に、活性が顕著に増加する複合化効果を見出した。RuO_2/NaInGeO_4は、RuO_2担持Na_2GeO_3およびNaInO_2に比べ、高い光触媒活性を与え、同様に複合化効果が見られた。LiInGeO_4を構成するGeO_4四面体およびInO_6八面体は、歪んでおり、それぞれ双極子モーメントを持つ。LiInGeO_4の高い光触媒活性は、双極子モーメントが分極場として働き、光励起における電荷分離を促進することを示した。さらに、バンド構造についてDFT計算を行い、LiInGeO_4はIn5s5p、Li2s2pおよびGe4s4pの混成軌道から構成される伝導帯を持ち、この混成軌道が励起電子の移動度を高め、高い光触媒活性を与えることを明らかにした。
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