가시 광선에서 수소와 산소로 물을 바카라 사이트

National Advanced Industrial Science and Technology (Yoshikawa Hiroyuki의 회장) (이하 "AIST"라고 함) 및 Light 반응 조절 및 제어 센터의 파트 타임 직원 구성원 인 Arakawa Hironori는 수소와 산화수를 사용하여 수소와 산화물을 바카라 사이트 할 수있는 산화물이라고합니다반도체 광촉매개발 된 광촉매는 Ni Doped Intao₄이것은 기반 화합물이며,이 화합물의 구조적 분석은 독립적 인 행정 기관인 Japan Materials and Materials Research의 Ha Kinhana 최고 연구원에 의해 지원되었습니다 끝이없는 태양과 물의 청정 에너지 인 수소 연료 제조 수소 연료는 인간의 꿈의 기술 중 하나이며, 태양 광의 절반을 차지하는 가시 광선으로 물을 바카라 사이트하는 성공은 미래에 수소 연료 생산 기술을 확립하기위한 주요 혁신을 달성했다고 말할 수 있습니다 이 연구의 결과는 자연 과학 잡지 "Nature"의 12 월 6 일호에 발표되었습니다

○ 가시 광선 조사 하에서 물을 수소와 산소로 바카라 사이트 할 수있는 광촉매를 개발하기가 어려웠습니다
1970 년대 초의 오일 충격에 대한 반응으로, 광촉매를 사용한 물의 직접적인 바카라 사이트가 전 세계 국가에서 계속되었지만 가시 광선을 사용한 물의 광촉매 바카라 사이트는 극히 어려웠으며 성공하지 못했습니다

○ AIST는이 기술을 달성하기 위해 다양한 산화물 반도체 광촉매를 조사하고 연구하고 있습니다
Photorection Control Research Center는 밴드 구조 제어 기술을 연구하고 개발하고 주로 물의 안정적인 산화물 반도체를위한 최적의 밴드 구조를 갖는 재료를 찾고 있습니다

○ Ni와 함께 Doped Intao4 기반 산화 산화물 반도체 광촉매를 성공적으로 개발했습니다
검색 및 연구 개발의 결과로, 우리는 Ni 도핑 된 Intao4 산화물 반도체 (Indium tantalate)가 눈에 띄는 광 응답 수 바카라 사이트 촉매임을 발견했습니다
현재이 광촉매의 바카라 사이트 생산 효율은 바카라 사이트 연료 생산에 사용하기에 충분하지 않으므로 향후 효율성을 향상시키기 위해 연구 및 개발을 계속할 계획입니다

1970 년대 초의 에너지 위기는 전 세계적으로 태양 에너지 전환에 대한 적극적인 연구를 이끌었습니다 특히, 분말 광촉매를 사용하여 수소 연료 (저장 될 수있는 청정 에너지)를 생산하기 위해 햇빛에 의해 직접 바카라 사이트 된 물의 과정은 저렴하고 간단한 방법이었으며 연구 및 개발이 적극적으로 수행되었다 1980 년에 산화 티타늄 및 스트론튬 티탄과 같은 분말 광촉매에 의해 자외선 조사 하에서 물이 완전히 바카라 사이트 될 수있는 것으로 밝혀 졌기 때문에, 물의 완전한 바카라 사이트를위한 광촉매 연구는 전 세계적으로 적극적으로 수행되었지만 가시 광선을 사용한 물의 바카라 사이트는 극도로 어려웠으며 성공하지 못했다 이러한 이유로, 연구 개발은 전 세계적으로 감소하고 있었지만, 이전 재료 공학 및 산업 기술 연구소 (이하 "자재 연구소")의 시대부터 AIST는 새로운 청정 에너지 기술을 개발한다는 관점 에서이 중요한 연구 주제에 대한 지속적인 연구를 수행하고 있습니다 또한 화석 연료로 인한 이산화탄소 가스 배출로 인한 최근의 지구 온난화 문제와 관련하여 청정 에너지 발달의 중요성이 다시 한 번 지적되고 있습니다 이 기술에 따라 수소 연료를 저렴하게 공급할 수 있다면, 에너지 및 환경 문제가 한 번에 모두 해결 될 것이며 21 세기의 지속 가능한 인류 발전이 가능할 것입니다

햇빛은 소량의 자외선 (약 3%) 만 포함하며 태양 광의 효율적인 에너지 변환을 위해서는 가시 광선을 사용하는 것이 필수적이며, 이는 태양 에너지의 절반을 설명하는 것이 필수적이며 가시적 인 광 응답 광 촉매제를 개발하는 데 중점을 둡니다 최근 몇 년 동안, 가시 광선 응답 성을 제공하기 위해 산화 티타늄을 수정하는 연구가 수행되었지만, 이들 촉매는 순수한 물을 바카라 사이트하여 수소와 산소를 생성하는 능력이 없었다

AIST는 1992 년 재료 연구소에 있었을 때 탄산염 추가 방법을 시작했습니다₂광촉매 공정의 발달은 햇빛에 의해 물이 완전히 바카라 사이트되어 수소와 산소를 생성 할 수 있음을 보여주는 세계 최초의 것이었고, 그 이후로 우리는 가시 광선 반응성 광 촉매 공정을 개발하기 위해 열심히 노력하고 있습니다

　가시 광선 응답 광 촉매개발에 대한 한 가지 접근법은 산화물 반도체의 전도 밴드 및 원자가 대역과 같은 밴드 구조와 두 가지의 차이 인 밴드 갭을 설계하는 것입니다 이를 바탕으로, 우리는 새로운 산화물 반도체와이를 기반으로 촉매 설계의 연구 및 개발을 찾고 있습니다 결과적으로, Intao₄11131_11209₄의 IN (Indium) 부분으로 금속 치환 (도핑)을 연구 한 결과 Ni (니켈)와 도핑하여 성능이 향상됩니다조정로 운반함으로써, 순수한 물은 가시 광선 조사 하에서 수소와 산소로 완전히 바카라 사이트됩니다 (H₂/o₂= 2) 이것은 세계에서 처음으로 할 수있는 일입니다 이 회사는이 산화물 반도체의 구조 분석에서 일본 재료 재료 연구소 (Japan Institute of Materials and Materials Research)로부터 협력을 받았다

개발 된 NIO/in_0.9ni_0.1tao₄광촉매에서 생성 된 수소와 산소의 양은 16μmol/h 및 8µmol/h이며, 402nm에서 가시 광선의 양자 수율은 여전히 ​​066%로 낮지 만, 가시 광선으로 물을 바카라 사이트하는 성공은 미래의 수분에 따른 연료를 달성 할 수 있다고합니다 앞으로 광촉매 활동을 개선하기 위해 표면적 및 촉매 구조 최적화에 대한 연구 개발을 수행 할 계획입니다

광촉매 구조의 세부 사항
intao₄합성 화합물이Monoclinic결정 구조가 있고 우주 그룹 P2/C가 있으며 계층화 된 결정 유형WolframiteUV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정함으로써,이 화합물은 가시광을 흡수하는 능력을 갖는 것으로 밝혀졌다 한편, 인듐의 일부는 전이 금속 요소 니켈 (Ni)으로 대체된다;₁-xnixtao₄(0 <x <02) 및 동일Wolfranite의 결정 구조를 가지지 만, 격자 상수는 더 짧아지고, 흡수 말단은 UV-Vis 흡수 스펙트럼에 의해 더 긴 파장쪽으로 이동된다 in₁-xnixtao₄intao로 대체되지 않습니다₄밴드 갭은 그보다 좁습니다 이것은 치환 된 Ni가 새로운 원자가 밴드를 형성하여 밴드 캡을 좁히기 때문입니다

　 10WT% NIO_x/ in_0.9ni_0.1tao₄에서, 수소 및 산소는 가시 광선 조사 하에서 2 : 1의 용량 비율로 생성되었다 402nm 컷오프 필터를 통해 램프를 끄고 꺼짐에 따라 촉매가 눈에 띄는 빛 반응임을 확인했습니다 이것은 세계에서 처음으로 물이 기존의 1 단계 포토 소지 시스템 (하나의 광촉매)을 사용하여 가시 광선을 완전히 바카라 사이트 한 것입니다 또한 NI 치환의 양이 01 일 때 수소와 산소의 생산 속도가 다른 제품보다 높다는 것이 밝혀졌습니다 이것은 ni₁-xnixtao₄촉매는 최대 x = 01까지 안정적이라고 생각됩니다

현재, 전환 효율은 매우 낮습니다 (양자 수율은 066%)이지만,이 연구는 가시 광선을 사용하여 광촉매의 발달에 대한 단서 역할을하기 때문에 광촉매 활성의 상당한 개선을 기대할 수 있습니다

◆ 광촉매 (광촉매)

광촉매는 광 흡수에 의해 여기되고 산화 및 환원 반응을 유발하는 촉매 물질입니다 이기종 반도체 광촉매 및 균질 염료 광촉매가있다 태양 에너지 전환의 경우 에너지 저장 화학 반응 (Up-Hill반응)이 필요합니다 전형적인 예는 완전히 바카라 사이트 된 물의 수소 및 산소로의 반응, 이산화탄소 및 물에서 유기물 합성의 반응, 및 질소 및 물에서 암모니아 등의 반응을 포함한다
광촉매를 사용한 태양 에너지 변환의 가장 큰 특징은 시스템의 단순성과 해당 영역을 쉽게 증가시키는 것입니다 태양 에너지의 주요 단점은 낮은 에너지 밀도이며 저렴하고 간단한 광촉매는 태양 에너지 활용을위한 유망한 기술 중 하나입니다
현재 가장 큰 문제는 현재 낮은 효율입니다 양자 수율은 300 nm 미만의 파장 범위에서 50% 이상인 것으로보고되었으며, 이는 햇빛에 거의 포함되어 있지 않지만 파장이 10% 이상인 자외선의 경우 최대입니다 또 다른 문제는 가시 광선으로 사용할 수있는 광촉매가 거의 없다는 것입니다 그러나 효율성이 다소 낮더라도 간단한 시스템은 수명이 길고 저렴한 비용은 에너지 균형과 경제 측면에서 이점을 제공합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 광촉매 원리 (광촉매의 원리)

반도체는 전도 대역과 원자가 밴드가 금지 된 밴드로 분리되는 밴드 구조를 가지고 있습니다 염료에서, 그것들은 가장 낮은 빈 분자 궤도 (LUMO)와 가장 높은 점유 분자 궤도 (HOMO)에 해당합니다 밴드 갭보다 큰 에너지를 갖는 빛이 조사 될 때, 원자가 밴드의 전자는 전도 밴드에서 여기되어 전도 대역의 전자가 생성되고, 원자가 밴드의 구멍이 생성된다 전도 밴드에서 여기는 전자는 원자가 밴드에있을 때보 다 훨씬 강한 환원 전력을 가지므로, 어둠에서 발생하지 않는 환원 반응을 수행 할 수 있습니다 유사하게, 구멍은 또한 강한 산화 반응을 겪고있다물의 완전히 바카라 사이트₂산화 환원 전위 (0V 대 NHE, pH = 0)보다 음성이며 원자가 대역의 상단에 O가 있습니다₂/h₂O 전위 (123V 대 NHE, pH = 0)보다 양수 여야합니다 반응에 과전압이 없다고 가정하면 밴드 갭은 123V이어야하므로 최대 1000nm의 빛이 이상적으로 사용 가능합니다 그러나 실제로이 상태를 충족시키는 반도체가 물에 넣고 빛으로 조사 되더라도 반응은 거의 진행되지 않습니다 또한 물의 완전한 바카라 사이트를 진행하려면 다음 조건이 필요합니다
・ 광 반응에 안정적이며 바카라 사이트되거나 용해되지 않습니다
・는 전하 분리를 촉진하고 전하 재조합을 억제합니다
・ ・는 과전압을 줄이고 매우 효율적인 반응 활성 부위를 생성하기 위해 백금과 같은 공동 감염제를 지원합니다
・ 제품 및 중간체의 역 반응을 억제합니다

◆ 물의 완전한 바카라 사이트 (모든 물,STOCHIOMETRIC WATER SPRINGTING)

물의 완전한 바카라 사이트 (또는 총 바카라 사이트)는 수소와 산소가 2 : 1의 화학적 비율로 지속적으로 생성되는 반응입니다 이 용어는 과거의 많은 비 촉매 종이와 수소 만 관찰되고 산소가 생성되지 않는 많은 비 촉매 종이와 구별하는 데 사용됩니다 산소가 발생하지 않으면 촉매가 악화되고 반응이 중단됩니다 물의 완전한 바카라 사이트가 진행되는지 여부를 확인하려면 먼저 화학량 론적 비율로 수소와 산소가 생성되는지 확인하십시오 또한, 긴 반응 후 생성 된 가스의 총량이 촉매 양보다 충분히 얼마나 큰지, 촉매가 변하지 않았는지 또는 기계 촉매 반응이 발생하지 않았는지 여부를 철저히 확인하는 것이 중요하다
또한, 수성 메탄올 용액으로부터의 수소 생성 및 수성은 질산염 용액으로부터의 산소 생성은 물 바카라 사이트 반응이지만 완전히 바카라 사이트 반응은 아닙니다 이러한 반응은 돌이킬 수 없으며 Photoenergy의 축적을 초래하지 않습니다 비가 역적 전자 공여체 및 메탄올 및은 이온과 같은 전자 공여체를 희생 제라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 가시 광선 반응 광촉매 (가시 광선 응답 광 촉매)

가시 광선은 파장 범위에서 400 nm (380 nm)에서 800 nm까지 가볍습니다 가장 전형적인 이산화 티타늄 광촉매는 가시 광선 영역 직전의 빛을 이용하는 자외선의 광 응답 광촉매이며, 일반적으로 흡수를 초과하는 파장을 사용하여 빛을 이용할 수있는 광촉매는 가시적 인 광 응답 광 촉매로 간주됩니다[참조로 돌아 가기]

​​◆ 다단계 Photoexcitation 반응 (Tan Hikari Reikihanno,다중 단계 사진 실험 반응)

정상적인 광촉매 반응은 단일 단계 Photoexcitation 반응입니다 다른 한편으로, 식물에서 광합성의 메커니즘은 두 가지 유형의 광습 센터, 산소 생성 센터 및 많은 산화 환원 전자 전달 매체로 구성됩니다 전자 전달의 형태로 인해 z- 체계 메커니즘이라고도합니다 이 반응 메커니즘은 두 가지 유형의 광촉매를 모방하고 사용합니다 간단한 산화 환원 배지, 2 단계 광바카라 사이트 반응, 인공 광합성 시스템입니다 이 반응의 장점은 주어진 광촉매에 대해 더 효율적인 산화 환원 배지의 선택을 허용한다는 것입니다 수소와 산소를 분리하고 생성하는 것도 가능합니다 염료 감작 광촉매는 또한 수소 생성 시스템에서도 사용될 수있다

◆ 반도체 광촉매의 유형 (handotai hikarishokubai 's Slurp,다양한 반도체 광촉매)

대부분의 대표적인 광촉매는 이산화 티타늄 (TIO₂) 시스템입니다 백금과 같은 공동 감염 체의 존재는 반응에 필수적이다 pt-tio₂수산화 나트륨으로 코팅되고 증기 반응 또는 현탁액 시스템에서 실험을 수행하면 고농도 탄산염 또는 상기로부터 조명을 조사함으로써 물의 완전한 바카라 사이트가 관찰 될 수 있습니다 다른 간단한 산화물 반도체는 TA₂O₅YA ZRO₂가 있습니다
복합 산화물로서의 Srtio₃를 포함하여 많은 유형이보고되었습니다 Cocatalyst는 ruo₂니켈로부터 부분적으로 산화 된 Niox가 종종 사용된다 케이₄NB₆O₁₇니켈 또는 백금이 층 내에서지지 될 때 활성을 향상시키는 층화 된 화합물이다 nio-natao₃의 양자 수율 50%에 도달합니다 초기 연구에서, Ti, NB 및 TA 시스템과 같은 D- 궤도에 전자가없는 많은 반도체가 조사되었지만 최근에는 SN 시스템과 같은 D- 궤도에 전자를 갖는 반도체 광촉매도 활성을 갖는 것으로보고되었다[참조로 돌아 가기]

◆ promocatalyst (Co-Catalyst)

반도체 분말에서 지원하거나 반응 시스템에 추가하여 활동을 개발하고 향상시키는 촉매 지원되는 공동 촉매에는 PT, Ruo₂, niox, nio 등을 사용할 수 있습니다 코 캣alyst의 역할은 활성 부위로서 작용하고, 전하 축적을 통한 다중 전자 반응을 촉진하고, 전하 분리를 촉진하는 것과 같은 달라질 수있다 예를 들어, PT는 바카라 사이트 생성의 과전압을 크게 감소시킬 수 있습니다 반면, 역 반응이 촉진 될 수 있으므로 컨텐츠의 양과 사용 방법을 고안해야합니다[참조로 돌아 가기]