種別 国内論文 No. 54 年度 2011
論文名 蒸発と密接な相関性を有するメソ多孔性TiO2薄膜を用いたアンモニア水の高効率光電気化学分解
Highly Efficient Photoelectrochemical Decomposition of Aqueous Ammonia by a Mesoporous TiO2 Thin Film Closely Correlated with Evaporation
著者名 Masao Kaneko, Rie Saito, Hirohito Ueno, Junichi Nemoto, Yuki Fujii, Akira Izuoka
掲載誌名 J.Jap.Sol.Energy Soc.(太陽エネルギー)
メソ多孔性TiO2薄膜光陽極による、アンモニア水からN2へのUV光活性と高効率光電化学分解に対するアンモニア水蒸発の関係性について研究した。
構造が異なるアンモニア光分解装置の比較により、アンモニア光分解とアンモニア蒸発の密接な相関関係が明らかになった。
光分解/蒸発の比率、光分解の量子効率(QEs)である外部量子効率(η、UV光子基準)及び内部量子効率( η' 、活性光子基準)を求めた。
各装置における活性化の規模は電解槽構造の重要性を示していた。
開放型装置で空気流量の変化による気泡の発生が起こると、内部量子効率は蒸散量の増加に伴い増加した。しかし最適点 (内部量子効率=9.5) を過ぎると光分解は減少し、最終的に高空気流量下で停止した。
この予想外な状態は二つの相反する要因によって説明がついた。
プラス要因となる反応は二種類あり、これらの一方もしくは両方で成りうる。一つは、酸化光分解に対する効果的なO2供給であった。もう一つは、平衡が生成に傾くことによる空気流量の増加で、水面から空気中へと生成したN2の効率的流送であった。
マイナス要因は高空気流量によりO2が過剰供給され遊離基捕捉剤として働き、中間体ラジカル種を消失させることであった。
UV light-activated and highly efficient photoelectrochemical decomposition of an aqueous ammonia to N2 by a mesoporous TiO2 thin film photoanode was investigated in relevance to ammonia evaporation. It was found that ammonia photodecomposition is closely correlated with its evaporation. The ratio of the photodecomposition/evaporation and the external quantum (η, based on incident UV photons) and internal (η', based on activating photons) quantum efficiencies (QEs) for the photodecomposition were estimated. The activity order of the cells was supporting the importance of the cell structure. When air was bubbled into the open cell by changing the flow rate, η' increased with the increase of the evaporation, but photodecomposition decreased after passing an optimum point( η' = 9.5), and finally stopped under higher air flow rate. Such strange behavior was interpreted by two conflicting factors. A positive factor would be either or both the efficient O2 supply for the oxidative photodecomposition, or/and efficient transport of the product N2 from water phase into air by increasing the air flow rate, shifting the equilibrium towards the product. A negative factor under high air flow rate could be quenching of intermediate radical species by excess supply of O2 working as a radical scavenger.