学術雑誌論文 <論文・報告>可視光水分解用TaON 光アノードの高効率化を目的とした水の酸化助触媒の開発

野口, 輝  ,  山中, 雄太  ,  冨田, 修  ,  東, 正信  ,  阿部, 竜

1pp.70 - 72 , 2016-03 , 京都大学学際融合教育研究推進センター高大接続科学教育ユニット
内容記述
工学 物質科学と環境・エネルギー
Photoelectrochemical (PEC) water splitting using semiconductor materials have attracted considerable attention due to their potential for clean production of H2 from water by utilizing solar energy. TaON photoelectrodes have the potential to produce H2 and O2 from water under visible light, even without an externally applied bias. However, TaON is generally unstable under light irradiation in aqueous solution due to self-oxidative deactivation caused by photogenerated holes accompanied by the release of N3– anions. We have recently demonstrated stable water splitting on a CoOx-modified TaON photoanode, wherein the CoOx nanoparticles, acting as a catalyst for water oxidation, effectively scavenge the holes in TaON and suppress oxidative deactivation of the TaON surface. Loading of cocatalysts on oxynitrides improves stability and is required to achieve efficient PEC water splitting. Therefore, the development of cocatalysts for water oxidation is one of the most important subjects for achieving efficient PEC water splitting using such unstable oxynitrides as photoanodes. In the present study, we investigated the influence of various metal oxide species (Ni, Cu, Fe, Mn, Cr, and Ru) when loaded on a TaON electrode on the photocurrent generated under visible light irradiation. Ni, Cu, Fe, and Mn were found to improve the photocurrent stability of TaON.
半導体光電極を用いた水分解反応は、太陽光を利用して水から直接水素を製造できることから注目され、盛んに研究が行われている。タンタル酸窒化物(TaON)は可視光吸収を有し、水分解に適したバンド構造をとるため、光電極材料として有望である。しかし、水溶液中においてTaON中に生成した正孔により自己酸化失活が起こりやすく、安定性に乏しかった。我々は最近、水の酸化助触媒であるCoOxをTaONに担持することによって、TaON中の正孔がCoOxに速やかに補足されることで安定性が向上することを報告してきた。酸窒化物光電極を用いた高効率水分解を達成するためには、新たな助触媒の開発は重要な課題の一つである。そこで本研究では、TaONに様々な金属種を担持し、光電流に与える影響を検討した。その結果、Ni、Cu、Fe、Mn種を担持した場合、光電流は比較的安定に観測され、これらの金属種がTaON上において水の酸化助触媒として機能している可能性が示唆された。
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http://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/216478/1/ELCAS_J_70.pdf

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