ナノ酸化タングステンの近赤外吸収功能
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- カテゴリ: タングステン知識
- 2015年6月24日（水曜）16:13に公開
- 作者: yanmei
- 参照数: 1697
ナノ酸化タングステンは触媒および隠す特性、電致変色性、気致変色性、光致変色性、気敏、超導など様々な特性を持っている多功能半導体功能材料である。
今まで、酸化タングステンナノ粒の電学研究、気敏特性および光触媒性能などはより多い研究があったが、酸化タングステンナノ粒及びその複合半導体ナノ粒の光学性能についての報道はまだ少ない。
酸化タングステン半導体の禁帯幅は2.6～2.8eVなので、締切波長はより短い（約460m）。大量な研究によると、半導体材料の表面等イオン共振能は特定波長の光に吸収され、酸化タングステンナノ粒を一定的の還元処理或いは第三相陽イオンを増加する。そうすると、その表面に大量な自由イオンを集めて、等イオン共振させて、吸収近赤外線の特性をもされる。
酸化タングステンナノ粒は真空状況で、安定しているMagneli相を生成られる。また、陽イオンアクセス時、安定している立方及び六方タングステンブロンズ鉱物結構も取れる。だから、還元処理し、大量な自由電子アクセスしたあと、酸化タングステン及びその複合物は変わらずに安定的な結構と物化性能を持つ。他に、長時間照らされても吸収性能も安定している。同時に、酸化タングステンナノ粒の大きさは可見光波長と比べてより小さいから、可見光の透明性を保持できる。
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複合化光触媒（WO3/CuBi2O4）における複合組成と光触媒特性の関係
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- カテゴリ: タングステン知識
- 2015年6月24日（水曜）15:26に公開
- 作者: yanmei
- 参照数: 1619
複合化光触媒の各複合比（WO3/ｐ型半導体）におけるピーク面積比CO2/N2の可視光照射時間依存性結果は：WO3/ｐ型半導体を1/2から2/1に変化させることにより、可視光応答性が増加することが分かる。これよりWO3の複合化割合の増加により、光励起によるWO3からｐ型半導体への電子移動の量子収率が増加することが考えられる。
この理由として、WO3とCuBi2O4のバンドギャップはそれぞれ2.7eV、1.5eVであり、WO3の励起フォトン数はCuBi2O4と比較して大きく減少するためであり、WO3の混合割合を増加させる必要があることによる。
また可視光応答性が複合比に強く依存することからも、WO3からｐ型半導体への光励起電子移動機構、すなわちZスキーム機構が作動していることが支持される。高感度可視光応答性を実現するためには、複合比（WO3/ｐ型半導体）の最適化を図る必要があると言える。
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複合化光触媒（WO3/CuBi2O4）の可視光吸収特性及び光触媒特性（Ⅱ）
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- カテゴリ: タングステン知識
- 2015年6月24日（水曜）15:22に公開
- 作者: yanmei
- 参照数: 1731
前述の結果から、複合化光触媒はZスキームが作動していることを裏付けることが可能である。WO3の価電子帯準位、伝導帯準位はそれぞれ+3V (vs. NHE)、+0.3V(vs. NHE)であり、CuBi2O4の価電子帯準位、伝導帯準位はそれぞれ+1V (vs. NHE)６）、-0.5V(vs. NHE)６）であり、酸化作用を示すWO3の伝導帯準位は還元作用を示すCuBi2O4の価電子帯準位よりも0.7Vと十分にネガティブ側にあるので、可視光照射によりWO3の伝導帯準位に励起された電子はCuBi2O4の価電子帯に移動して、価電子帯に生成した正孔と結合して消失する。
これよりWO3の伝導帯に残存した正孔は酸化作用を行い、一方CuBi2O4の伝導帯に残存した電子は還元作用を行うことにより、可視光応答性が発現すると考えられる。
また複合化光触媒WO3/CuxBiyOz及びWO3/CuOにおいても可視光応答性が発現したことから、CuxBiyOz及びCuOの価電子帯準位はWO3の伝導帯準位よりもポジティブ側に位置していることが推測される。次に複合化光触媒の中で最も高感度可視光応答性を示したのは、WO3/CuBi2O4であった。
この要因として、以下の四つが考えられる。
①WO3とCuBi2O4の光励起の量子収率がより近い値となっている。
②WO3の伝導帯準位とCuBi2O4の価電子帯準位の差が0.7Vと十分あり、WO3で励起された電子がCuBi2O4に移動する効率は極めて高い。
③WO3とCuBi2O4との電子的接触面積が大きく、WO3で励起された電子CuBi2O4に移動する割合が高い。
④CuBi2O4で光励起された電子の還元力を大きい。CuOはCuBi2O4よりも長波長光を吸収し、バンドギャップは1.2eVと狭窄化している。
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複合化光触媒（WO3/CuBi2O4）の可視光吸収特性及び光触媒特性（Ⅲ）
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- カテゴリ: タングステン知識
- 2015年6月24日（水曜）15:24に公開
- 作者: yanmei
- 参照数: 1635
しかし複合化光触媒WO3/CuOはWO3/CuBi2O4と比較して可視光応答性は低下した。CuOはCuBi2O4と比較して比表面積が大きく、複合化光触媒における電子的接触面積は大きくなると推測される。
したがってWO3/CuBi2O4と比較してWO3/CuOで可視光応答性が低下したのは、上述のWO3とCuOとの光励起の量子収率の一致、WO3からCuOへの光励起電子の移動効率、CuOの励起電子の還元力、の3点について劣っていると考えられる。
複合化光触媒WO3/CuxBiyOz（CuO：95mol%）については、いずれもWO3/CuBi2O4及びWO3/CuOよりも可視光応答性は低下した。Fig.2(b)で示したように、CuxBiyOz においてはCuBi2O4とCuOの結晶構造の２相から構成されており、２相の相界面が光励起により生成した正孔及び電子のトラップサイトとなると考えられる。
したがって、CuxBiyOz の可視光吸収特性及び比表面積がCuOと同程度であっても、可視光応答性は低下したと考えられる。複合化光触媒WO3/ CuxBiyOz（CuO：75mol%、CuO：25mol%）についても同様に相界面の形成が可視光応答性の低下の要因の一つになっていると考えられる。
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複合化光触媒（WO3/CuBi2O4）の可視光吸収特性及び光触媒特性（Ⅰ）
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- 2015年6月24日（水曜）15:20に公開
- 作者: yanmei
- 参照数: 1549
ｎ型半導体WO3とｐ型半導体CuxBiyOzを質量混合比で2:1として調製した複合化光触媒の可視光吸収特性は以下のようになる：WO3はバンドギャップが2.7eVであり、吸収端は460nm付近に存在する。複合化光触媒の吸収端は800～900nm付近に存在し、吸収端の長波長シフトはｐ型半導体に起因する。
複合化光触媒におけるガスクロマトグラムのピーク面積比CO2/ N2の可視光照射時間依存性実験結果は：いずれの複合化光触媒においても、可視光照射時間に伴って、CO2濃度が増加しており、可視光応答性を示すことが明らかになった。
それぞれp型半導体単独、ｎ型半導体単独におけるピーク面積比CO2/N2の可視光照射時間依存性実験結果は：いずれの半導体も単独では、全く可視光応答性を発現しなかった。
ｐ型半導体では可視光吸収により生成する正孔の酸化力が弱く、ｎ型半導体では可視光吸収により生成する電子の還元力が弱いと考えられ、両者とも単独では電子－正孔の再結合が優先的に起こると考えられる。
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