光駆動型水素生成のための窒素ドープ酸化亜鉛光触媒の開発

要約

酸化亜鉛（ZnO）は高い励起子結合エネルギーと電子移動度を持つ半導体であるが、広いバンドギャップのためUV光のみに応答する。本研究では、格子への窒素ドーピングによりバンドギャップ内に局在準位（欠陥）を導入し、可視光応答性を付与した。グリーン合成法を用いて高ドープ水準を達成し、合成時の熱処理温度が欠陥の分子的性質と酸化還元化学を決定することを示した。低温処理で得られた材料が水の光分解反応において高い効率を示し、人工光合成用光触媒としての可能性が確認された。

メカニズム

窒素ドーピングによりZnOバンドギャップ内に局在欠陥準位が形成され、可視光照射下での光誘起電荷分離が促進され、水の光分解による水素生成が可能となる。