まず、窒素含有量の多い新しい窒化炭素（C3N5）の合成に取り組んだ結果、従来の材料よりも優れた可視光応答性を示した。また、酸化タングステン（WO3）ナノロッドとC3N5の複合体を形成することで、水分解水素生成の性能が飛躍的に向上し、WO3とC3N5との界面におけるZ-スキーム反応機構が寄与することを示した。
さらに、比表面積の大きい酸化チタン（TiO2）ナノチューブアレイ表面に対し、熱化学気相成長（CVD）法を用いて二次元窒化炭素を均一に堆積させることに成功した。その結果として、紫外可視光照射に伴う水素生成量が大きく増大し、光応答型膜反応器の構築に向けて、熱CVD法が有効であることが示された。
Our newly-synthesized C3N5, which is one of the nitrogen-abundant carbon nitrides, showed a hydrogen (H2) production amount larger than that of conventional graphitic carbon nitride (g-C3N4) in photocatalytic water splitting with triethanolamine under visible light irradiation. Besides nanocomposites of tungsten trioxide (WO3) nanorods and C3N5 brought about further improvement in photocatalytic H2 production, which can be attributed to a direct Z-scheme mechanism.
In addition, g-C3N4 was uniformly deposited on the surfaces of anodized TiO2 nanotube arrays by thermal chemical vapor deposition (CVD), leading to the enhancement of photocatalytic H2 production over TiO2 under ultraviolet-visible light irradiation. Thermal CVD enables conformal deposition of graphitic carbon nitrides on surfaces with large specific surface areas. Our results observed for TiO2/g-C3N4 composites indicate that thermal CVD is effective for constructing photoactive membrane reactors with carbon nitrides.

研究種目 : 基盤研究 (B) (一般)
研究期間 : 2019～2022
課題番号 : 19H02174
研究分野 : 電子・電気材料工学