Z-scheme type inorganic-organic photocatalyt for highly efficienct water splitting

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18352
• Research Institution: Kyushu University
• Host Researcher: 石原 達己 九州大学, 工学研究院, 教授 (80184555)
• Foreign Research Fellow: TAN HUI LING 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Keywords: 光触媒 / Zスキーム / 色素修飾 / BiVO4 / Ga2O3

Outline of Annual Research Achievements

再生可能エネルギーは希薄で、変動することから、高効率で水素や有用な化合物への蓄エネルギーが必要となっている。本研究では太陽光からの高効率な水素製造または二酸化炭素の資源化を目的に、簡単な手法で物質変換可能な光触媒システムの開発を行った。このための可視光から紫外光までの広い範囲の波長の太陽光を励起源として水を完全分解可能な2重励起型の光触媒システム（Zスキーム）の開発を行った。本年度はBiVO4に代わる無機化合物について広範囲な無機半導体を検討した。その結果、Agを担持したGa2O3では、水の分解によるH2の比較的、高い生成速度を示すことを見出した。色素の修飾効果を検討したが、いずれも光触媒活性の低下を生じ、Z型の励起を達成できなかった。一方、CO2のH2Oによる水素化を検討したところ、この触媒上ではCOが生成せず、主にH2と少量ではあるが、C2H5OHが生成できることが示唆された。さらに活性の向上を目的に、Ga2O3のCO2光還元に及ぼす調製条件の影響を検討した。Ga(OH)3の焼成温度の影響を検討したところ、1000℃で焼成時にはCOの生成速度が最も高くなることが分かった。
新しいZ型励起での光触媒の達成を目的に、GaN:ZnOへTiO2を修飾した触媒の光電極を作成し、励起過程を検討した。その結果、TiO2で修飾すると明電流が大きくなるので、GaNの励起電子は、TiO2へ移行することは確認できたが、TiO2の励起は確認できなかったので、励起過程は色素増感型太陽電池と同様にTiO2の伝導帯を利用する電荷分離であることが分かった。今回の検討で、BiVO4においては色素の修飾効果が確認でき、Z型励起が確認されたが、Ga2O3については、伝導帯の準位が高く、Z型励起を達成できなかった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。