機械的混合焼法によりB/CuO/ZnO光触媒、水熱合成法により(CuAg)xIn2xZn2(1-2x)S2を合成 し、450 nm の可視光照射下での光触媒的水素生成のために最適な合成条件を調査した。
450 nm光照射下でNa2S/Na2SO3水溶液からのB/CuO/ZnO光触媒による水素生成の最適実
験条件は以下の通りであった。
酸化銅担持量 ホウ素担持量 焼成温度
Zn : Cu = 95 : 5 1 wt% 500 ℃
硫化ナトリウム濃度 亜硫酸ナトリウム濃度 焼成時間
0.5 M 0.4 M 3 h
ZnO にCuO を担持することによって可視光に応答し、B を担持することで触媒活性が 向上した。最適条件下におけるB/CuO/ZnOによる水素生成量は224 µmol g-1 h-1 であり、
ZnOによる水素生成量の45倍であった。
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450 nm光照射下でNa2S/Na2SO3水溶液からのRu/(CuAg)xIn2xZn2(1-2x)S2光触媒による水素 生成の最適実験条件は以下の通りであった。
組成 Ru担持量 (CuAg)0.1In0.2Zn1.6S2 1.5 wt%
水熱合成溶媒量 水熱合成時間
10 mL 16 h
xの増加とともに可視光吸収が増加し、Ruを担持することで活性を示した。最適条件下に おけるRu/(CuAg)0.1In0.2Zn1.6S2による水素生成量は175 µmol g-1 h-1であった。
調製した光触媒は可視光において幅広い吸収を示し、λ≧600 nmとλ≧400 nmの異なる波 長を用いて水素生成を行った結果、最も高い活性を示す組成が以下のように異なった。
Photocatalyst H2 production (µ mol g-1 h-1 )
≧ 400 nm ≧ 600 nm
(CuAg)₀.₁In₀.₂Zn₁.₆S₂ 354 18
Cu₀.₂In₀.₂Zn₁.₆S₂ 303 50
Na2S/Na2SO3水溶液に界面活性剤を添加した結果、陰イオン性界面活性剤のSDSを加えた 場合に活性の向上が確認された。Ru/(CuAg)0.1In0.2Zn1.6S2を用いた場合、水素生成速度が≥400 nmの場合で1.3倍、≥400 nm LED光で1.7倍増加した。
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参考文献
1. Visible Light Photocatalytic H2-Production Activity of CuS/ZnS Porous Nanosheets Based on Photoinduced Interfacial Charge TransferT. P. Lyubina and E. A. Kozlova,
Jun Zhang,Jiaguo Yu, Yimin Zhang,Qin Li, and Jian Ru Gong ACS Publications Nano Lett, 11 (2011)4774-4779
2. Stability of an H2-producing photocatalyst(Ru/(CuAg)0.15In0.3Zn1.4S2) in aqueous solution under visiblelight irradiation
JGuangshan Zhang, Wen Zhang, Peng Wanga, Daisuke Minakata,Yongsheng Chen, John Crittenden
International Journal of Hydrogen Energy, 38 (2013), 1286–1296
3. Improving photocatalytic activity for hydrogen evolution over ZnIn2S4 under visible-light: A casestudy of rare earth modification
Fei Tian, Rongshu Zhu, Yongbing He, Feng Ouyang
International Journal of Hydrogen Energy, 39 (2014), 6335–6344 4. The pH effects on H2 evolution kinetics for visible light water splitting over the
Ru/(CuAg)0.15In0.3Zn1.4S2 photocatalyst
Guangshan Zhang, Wen Zhang, Daisuke Minakata,Yongsheng Chen, John Crittenden, Peng Wanga
International Journal of Hydrogen Energy, 38, (2013), 11727–11736
5. Efficient and stable photocatalytic hydrogen production from water splitting over ZnxCd1–xS solid solutions under visible light irradiation
Chih-Chieh Chana, Chung-Chieh Changb, Chia-Hao Hsub, Yu-Ching Wenga, Kew-Yu Chena, Hsiao-Han Lina, Wen-Chih Huanga, Sheng-Fa Chenga
International Journal of Hydrogen Energy, 22, (2014), 1630–1639
6. Photocatalytic hydrogen evolution from aqueous solutions of Na2S/Na2SO3 under visible light irradiation on CuS/Cd0.3Zn0.7S and NizCd0.3Zn0.7S1+z
Dina V. Markovskaya, Svetlana V. Cherepanovaa, Andrey A. Saraeva, Eugeniy Yu.
Gerasimova, Ekaterina A. Kozlovaa,
Chemical Engineering Journal, 262 (2015) 146–155
三 重 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科
7. CdS–AgGaS2 photocatalytic diodes for hydrogen production from aqueous Na2S/Na2SO3 electrolyte solution under visible light (λ ≧ 420 nm)
Jum Suk Jang, Dong Won Hwang, Jae Sung Lee
Catalysis Today Volume 120, Issue 2, 15 February (2007), Pages 174–181
8. Characterization and mechanism of MoS2/CdS composite photocatalyst used for hydrogen production from water splitting under visible light
Jum Suk Jang, Dong Won Hwang, Jae Sung Lee
Chemical Engineering Journal, Volume 260, 15 January (2015), Pages 642–648 9. Effects of surfactants on visible-light-driven photocatalytic hydrogen evolution activities of
AgInZn7S9 nanorods
Yong Penga, Lu Shanga, Yitao Caoa, Qing Wanga, Yufei Zhaoa, Chao Zhoua, Tong Biana, Li-Zhu Wua, Chen-Ho Tunga,
Applied Surface Science, (2015)
10. Preparation of High Activity Ga and Cu Doped ZnS by Hydrothermal Method for Hydrogen Production under Visible Light Irradiation
Melody Kimi, Leny Yuliati, and Mustaffa Shamsuddin Journal of Nanomaterials Volume (2015), ID 195024, 9 pages
11. Photocatalytic Hydrogen Evolution on ZnS-CuInS2-AgInS2 Solid Solution Photocatalysts with Wide Visible Light Absorption Bands
Issei Tsuji, Hideki Kato, Akihiko Kudo Chem. Mater. (2006), 18, 1969-1975
12. Band gap-tunable (CuAg)xIn2xZn2(1−2x)S2 solid solutions synthesized by hydrothermal method with ultrasonic assistance and their photocatalytic H2 production performance
Xianghui Zhanga, Jianguo Zhaob, Liejin Guoa
Journal of Alloys and Compounds 582 (2014) 617–622 13. 水素エネルギー利用技術
1. 大角 泰章 (2002) 14. 水素エネルギー最前線
1. 文部科学省 科学技術政策研究所 (2003)
三 重 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 15. 水素エネルギー入門
1. ジョン・O’M. ボックリス, T. ネジャット・ヴェズィログル, フラノ・バー バー (2003)
16. ２１世紀が危ない －環境問題とエネルギー－
1. 小島 紀徳 (2001) 17. 光が関わる触媒化学
1. 日本化学会 (1994) 18. トコトンやさしい光触媒の本
1. 峠田 博史 (2002) 19. 電気化学測定法（下）
1. 藤嶋 昭, 相澤 益男, 井上 徹 (1984) 20. よくわかる最新燃料電池の基本と動向
1. 燃料電池NPO法人, PEM-DREAM (2004)
三 重 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科
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Y. Ogino, H. Katsumata, T. Suzuki, S. Kaneco,
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