Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

タンタルタングステン酸 / 四チタン酸 / 酸化チタン / 硫化カドミウム / ナノ複合体 / インターカレーション / 光触媒活性 / 可視光応答性 / 白金 / 光化学特性 / チタニア / 光触媒 / 可視光 / 遷移金属付活 / ルチル / 酸化鉄 / 水熱晶析反応 / イオン交換反応

層状チタン酸H_2Ti_4O_9の層間にCdSやTiO_2を包接したナノ複合体H_2Ti_4O_9のTi^<+4>の一部をCu^<2+>とNbで同時に置換し、電荷バランスを保持した異種遷移金属イオン同時固溶四チタン酸および層状HTaWO_6の層間にTiO_2とPtを包接したナノ複合体を合成し、それらの光触媒活性を評価した。いずれの試料も可視光照射下において硫化ナトリウム水溶液又はメタノール水溶液中で水素生成活性を示した。なお、HTaWO_6は、単独ではメタノール水溶液中で不安定であり、紫外線照射するとTaO_5とH_2WO_4に分解したが、HTaWOに白金およびチタニアを包接したHTaWO_6/(Pt, TiO_2)の可視光応答性は層間にルチル型チタニアが高分散で包接されたことによると推察された。一方、層状化合物/CbSナノ複合体同士の比較では、H_4Nb_6O_<17>/CbSの蛍光はモンモリナイト/CbSの蛍光より郷土が弱く、寿命が短くなっている。また、CdSやTiO_2を包接したナノ複合体の蛍光寿命測定により、層間のCdSおよびTiO_2から、ホスト層状チタン酸H_2Ti_4O_9へ10^7〜10^9sec^<-1>の高速電子移動反応が起こり、電子と正孔の再結合が抑制されていることが示唆された。このような高速電子移動反応が層状化合物/半導体ナノ複合体の優れた光触媒活性発現の一因と考えられる。

チタニア / 光電池 / 湿式電池 / 光増感 / 可視光 / 層状チタン酸 / 加水分解 / 高温水溶液

近年、色素増感型光電池と呼ばれる色素修飾したチタニア(TiO_2)と白金電極を組み合わせた湿式の電池が注目を集めている。効率は研究室レベルにおける最高値でさえ10%と低く、寿命という点でもやや信頼性に欠ける面があるが、作用極・対極・電解質溶液・光増感材といった幾つもの材料の組合せによって様々な特性を持つ光電池を構成することができ、これからの可能性を秘めている。そこで本研究では、近年の表面処理技術やナノスケールセラミックス微粒子合成技術の発展の成果を取り込んで特殊な三次元構造を有するチタン酸化物系材料を電極に用い、単純なTiO_2-Pt系では得られない可視光応答特性を持つ湿式光電池の合成を試みた。研究の概要として以下の成果を得た。
(1)各種チタン酸の合成条件の確立
チタニア粉末を高温(150〜250℃)のKOH水溶液中で反応させることにより種々のチタン酸カリウムを合成した。同反応条件で金属チタン板を水熱酸化処理し、チタン酸薄膜の合成条件を確立した。反応はステンレス製オートクレーブを用い、層状4チタン酸カリウム、層状6チタン酸カリウム等の単一相の合成に成功した。
(2)各種チタン酸の薄膜化と電極の特性評価
上記の手法により合成した4チタン酸カリウムをガラス基板上に薄膜化し、光電極特性を調査した。

【研究分担者】
内田聡	東北大学	多元物質科学研究所	助手	(Kakenデータベース)
殷シュウ	東北大学	多元物質科学研究所	講師	(Kakenデータベース)
内田聡	東北大学	多元物質科学研究所	助手	(Kakenデータベース)