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Synthesis and Characterization of BiVO₄－based photocatalysts

MENG, SOPHEAK 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23536

2021.09.24

概要

本論文は、BiVO4 系の光触媒の水熱合成条件や SnS2 との複合化が光触媒性能に与える影響を論じた結果をまとめたもので、９章からなっている。

第１章は序論で、BiVO4 系の光触媒に関するこれまでの研究を要約したのち、本論文の目的について述べている。また、論文構成についてもここで触れている。

第２章は研究背景についてのべており、光触媒の機能説明、光触媒の種類や有機汚染物質の除去などへの応用について紹介している。さらに BiVO4 系の光触媒の最近の研究状況を紹介し、この系の特徴と機能強化のために必要な方法について議論している。

第３章は実験方法の紹介で、本研究で用いた光触媒合成方法、材料物性評価方法ならびに光触媒性能評価方法について述べている。

第４章は BiVO4 光触媒の前駆体に所定の濃度の KCl を加えたときに生ずる光触媒の形態変化と光学特性ならびに光触媒性能について議論している。KCl を加えない場合には板状の形状を有しているが、KCl を加えると、その濃度にしたがって、結晶成長し、0.1mol/l の濃度で十字型の形状となり、さらに高濃度になると形がくずれることが明らかとなった。この十字形の BiVO4 は表面が{010}面で覆われ、最も大きな光触媒性能を有することを報告している。また、十字形の生成メカニズムについても提案している。

第５章は前駆体にKCl を添加したBiVO4 光触媒を様々な条件で熱処理を施し、その影響について調査した結果について述べている。その結果、還元雰囲気では酸素欠損が導入される。一方、酸化雰囲気では酸素欠損が除かれ、これらは可逆的であり、酸素欠損に応じてバンドギャップエネルギーも連続的に変化することを報告している。

第６章はBiVO4 系触媒とSnS2 光触媒の複合化について報告している。二相の複合化を試みたが、合成物を調査したところ、Bi2S3 が存在していることが明らかとなり、BiVO4/Bi2S3/ SnS2 の３相複合光触媒が合成されていたことを報告している。また、BiVO4 光触媒と SnS2 光触媒の比を変化させたところ 0.03BiVO4/SnS2 で最も高い光触媒能がみられた。さらに、複合化による光触媒性能向上のメカニズムについて調査したところ、電荷移動が生じていることを明らかにし、デュアル Z スキームモデルを提案している。

第７章ではさらに高性能な光触媒を得るため、第４章でのべた十字形の BiVO4 光触媒を用いて BiVO4/Bi2S3/ SnS2３相複合光触媒合成を試み、各光触媒性能を比較検討した。その結果、十字形を用いたものが更に高い光触媒性能を示した。

第８章は全体を通じての考察であり、提案したデュアル Z スキームモデルの有効性とこれまでに報告された３相複合光触媒の機構解明について述べている。さらに、バンドエネルギーを詳細に調査し、本光触媒が有機汚染物質除去だけではなく、二酸化炭素の還元にも応用可能であることを述べている。また、さらに研究を発展させる方向について述べている。

第９章は要約と結論である。

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参考文献

[1] D.D. Dionysiou, G. Li Puma, J. Ye, J. Schneider, D. Bahnemann, Photocatalysis, The Royal Society of Chemistry, 2016. https://doi.org/10.1039/9781782627104.

[2] Z.H. Wei, Y.F. Wang, Y.Y. Li, L. Zhang, H.C. Yao, Z.J. Li, Enhanced photocatalytic CO2 reduction activity of Z-scheme CdS/BiVO4 nanocomposite with thinner BiVO4 nanosheets, J. CO2 Util. 28 (2018) 15–25. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.09.008.

[3] R. V. Prihod’ko, N.M. Soboleva, R. V Prihod, N.M. Soboleva, Photocatalysis: Oxidative processes in water treatment, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/168701.

[4] J. Schneider, M. Matsuoka, M. Takeuchi, J. Zhang, Y. Horiuchi, M. Anpo, D.W. Bahnemann, Understanding TiO2 Photocatalysis: Mechanisms and Materials, Chem. Rev. 114 (2014) 9919–9986. https://doi.org/10.1021/cr5001892.

[5] C. Dette, M.A. Pérez-Osorio, C.S. Kley, P. Punke, C.E. Patrick, P. Jacobson, F. Giustino, S.J. Jung, K. Kern, TiO2 anatase with a bandgap in the visible region, Nano Lett. 14 (2014) 6533–6538. https://doi.org/10.1021/nl503131s.

[6] W. Qin, D. Zhang, D. Zhao, L. Wang, K. Zheng, Near-infrared photocatalysis based on YF3:Yb3+, Tm3+/TiO2 core/shell nanoparticles, Chem. Commun. 46 (2010) 2304–2306. https://doi.org/10.1039/b924052g.

[7] C. Cheng, Q. Fang, S. Fernandez-Alberti, R. Long, Controlling charge carrier trapping and recombination in BiVO4 with the oxygen vacancy oxidation state, J. Phys. Chem. Lett. 12 (2021) 3514–3521. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00713.

[8] C. Qin, H. Liao, F. Rao, J. Zhong, J. Li, One-pot hydrothermal preparation of Br-doped BiVO4 with enhanced visible-light photocatalytic activity, Solid State Sci. 105 (2020) 106285. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2020.106285.

[9] B. Xu, A. Zada, G. Wang, Y. Qu, Boosting the visible-light photoactivities of BiVO4 nanoplates by Eu doping and coupling CeO:X nanoparticles for CO2 reduction and organic oxidation, Sustain. Energy Fuels. 3 (2019) 3363– 3369. https://doi.org/10.1039/c9se00409b.

[10] G. Zhao, W. Liu, Y. Hao, Z. Zhang, Q. Li, S. Zang, Nanostructured shuriken- like BiVO4 with preferentially exposed {010} facets: Preparation, formation mechanism, and enhanced photocatalytic performance, Dalt. Trans. 47 (2018) 1325–1336. https://doi.org/10.1039/c7dt04431c.

[11] S. Meng, T. Ogawa, H. Okumura, K.N. Ishihara, The effect of potassium chloride on BiVO4 morphology and photocatalysis, J. Solid State Chem. (2021) 122291. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122291.

[12] P. Pookmanee, S. Kojinok, S. Phanichphant, Photocatalytic degradation of 2,4-dichlorophenol using BiVO4 powder prepared by the sol–gel method, Trans. Mater. Res. Soc. Japan. 39 (2014) 431–434. https://doi.org/10.14723/tmrsj.39.431.

[13] S.M. Thalluri, M. Hussain, G. Saracco, J. Barber, N. Russo, Green- synthesized BiVO4 oriented along {040} facets for visible-light-driven ethylene degradation, Ind. Eng. Chem. Res. 53 (2014) 2640–2646. https://doi.org/10.1021/ie403999g.

[14] Y. Hu, D. Li, F. Sun, H. Wang, Y. Weng, W. Xiong, Y. Shao, One-pot template-free synthesis of heterophase BiVO4 microspheres with enhanced photocatalytic activity, RSC Adv. 5 (2015) 54882–54889. https://doi.org/10.1039/c5ra09785a.

[15] D.P. Jaihindh, B. Thirumalraj, S.M. Chen, P. Balasubramanian, Y.P. Fu, Facile synthesis of hierarchically nanostructured bismuth vanadate: An efficient photocatalyst for degradation and detection of hexavalent chromium, J. Hazard. Mater. 367 (2019) 647–657. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.01.017.

[16] J. Wang, J. Jin, X. Wang, S. Yang, Y. Zhao, Y. Wu, S. Dong, J. Sun, J. Sun, Facile fabrication of novel BiVO4/Bi2S3/MoS2 n-p heterojunction with enhanced photocatalytic activities towards pollutant degradation under natural sunlight, J. Colloid Interface Sci. 505 (2017) 805–815. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.06.085.

[17] M.L. Guan, D.K. Ma, S.W. Hu, Y.J. Chen, S.M. Huang, From hollow olive- shaped BiVO4 to n-p core-shell BiVO4@Bi2O3 microspheres: controlled synthesis and enhanced visible-light-responsive photocatalytic properties, Inorg. Chem. 50 (2011) 800–805. https://doi.org/10.1021/ic101961z.

[18] L. Song, Y. Pang, Y. Zheng, C. Chen, L. Ge, Design, preparation and enhanced photocatalytic activity of porous BiOCl/BiVO4 microspheres via a coprecipitation-hydrothermal method, J. Alloys Compd. 710 (2017) 375–382. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.283.

[19] F.F. Abdi, T.J. Savenije, M.M. May, B. Dam, R. Van De Krol, The origin of slow carrier transport in BiVO4 thin film photoanodes: A time-resolved microwave conductivity study, J. Phys. Chem. Lett. 4 (2013) 2752–2757. https://doi.org/10.1021/jz4013257.

[20] T.D. Nguyen, V.H. Nguyen, S. Nanda, D.V.N. Vo, V.H. Nguyen, T. Van Tran, L.X. Nong, T.T. Nguyen, L.G. Bach, B. Abdullah, S.S. Hong, T. Van Nguyen, BiVO4 photocatalysis design and applications to oxygen production and degradation of organic compounds: a review, Environ. Chem. Lett. 18 (2020) 1779–1801. https://doi.org/10.1007/s10311-020-01039-0.

[21] X. Qi, X. Zhu, J. Wu, Q. Wu, X. Li, M. Gu, Controlled synthesis of BiVO4 with multiple morphologies via an ethylenediamine-assisted hydrothermal method, Mater. Res. Bull. 59 (2014) 435–441. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.08.004.

[22] D. Wang, H. Jiang, X. Zong, Q. Xu, Y. Ma, G. Li, C. Li, Crystal facet dependence of water oxidation on BiVO4 sheets under visible light irradiation, Chem. - A Eur. J. 17 (2011) 1275–1282. https://doi.org/10.1002/chem.201001636.

[23] H.L. Tan, A. Suyanto, A.T. De Denko, W.H. Saputera, R. Amal, F.E. Osterloh, Y.H. Ng, Enhancing the photoactivity of faceted BiVO4 via annealing in oxygen-deficient condition, Part. Part. Syst. Charact. 34 (2017). https://doi.org/10.1002/ppsc.201600290.

[24] A. Ajmal, I. Majeed, R.N. Malik, H. Idriss, M.A. Nadeem, Principles and mechanisms of photocatalytic dye degradation on TiO2 based photocatalysts: a comparative overview, RSC Adv. 4 (2014) 37003–37026. https://doi.org/10.1039/c4ra06658h.

[25] K. Iqbal, A. Iqbal, A.M. Kirillov, B. Wang, W. Liu, Y. Tang, A new Ce- doped MgAl-LDH@Au nanocatalyst for highly efficient reductive degradation of organic contaminants, J. Mater. Chem. A. 5 (2017) 6716– 6724. https://doi.org/10.1039/C6TA10880F.

[26] K. Iqbal, A. Iqbal, A.M. Kirillov, W. Liu, Y. Tang, Hybrid metal-organic- framework/inorganic nanocatalyst toward highly efficient discoloration of organic dyes in aqueous medium, Inorg. Chem. 57 (2018) 13270–13278. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b01826.

[27] P. Singh, A. Borthakur, P.K. Mishra, D. Tiwary, Nano-materials as photocatalysts for degradation of environmental pollutants: challenges and possibilities, Elsevier, 2019.

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