光触媒の欠陥状態と光触媒反応機構を解明する新規光音響解析法の開発

开发一种新的光声分析方法来阐明光催化剂的缺陷态和光催化反应机理

基本信息

批准号：
20J23117
负责人：
篠田樹
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までに，赤外光音響分光法を用いて，酸化チタン(IV)や金属ドープ酸化物などの様々な半導体光触媒粒子中の電子トラップサイトのエネルギー分布と機能を明らかにしてきた．今年度は，ボールミル処理によって光触媒粒子に形成された欠陥に着目した．ボールミル処理は光触媒の微粒子化や複合化を行うための容易な手法である．赤外光音響分光法をボールミル処理したルチル型酸化チタン(IV)に適用することで，ルチル特有の欠陥準位（伝導帯下端から約1 eV）に加え，ボールミル処理により非常に深い欠陥準位（伝導帯下端から約1.7 eV）が形成されることを明らかにした．ボールミル処理した試料の光触媒活性を試験したところ，ボールミル処理前に比べ，活性の劇的な低下が確認された．このことから，ボールミル処理したルチル型酸化チタン(IV)の光触媒活性因子はボールミル由来の非常に深い欠陥準位であることを見出した．この成果は，今年度学術論文誌に投稿し，J. Phys. Chem. C誌に掲載された．前年度に開発した液相中で測定可能な赤外光音響分光装置を用いて，液相中における光触媒粒子中のトラップ電子の蓄積・放出過程を追跡した．赤外光音響分光法をアナタース型酸化チタン(IV)に適用し，酸化チタン(IV)中にトラップ電子を蓄積させた後，電子アクセプタを系内に添加した．鉄(III)イオンや過酸化水素などの様々な電子アクセプタ添加に伴うトラップ電子の減衰挙動を解析することにより，トラップ電子の反応性は主に欠陥準位と電子アクセプタの酸化還元電位とのエネルギー差に依存することを見出した．この成果は，今年度学術論文誌に投稿し，Chem. Lett.誌に掲載された．結晶構造の異なるルチル型・ブルッカイト型の酸化チタン(IV)，酸化タングステン(VI)についても，同様に液相系光触媒反応場におけるトラップ電子の挙動解析に成功した．

直到上一年，红外光声光谱已被用于阐明各种半导体光催化剂颗粒（例如氧化钛（IV）氧化钛和金属掺杂氧化物）中电子陷阱位点的能量分布和功能。今年，我们专注于通过球铣削在光催化颗粒中形成的缺陷。球铣削是细颗粒形成和复合光催化剂的简单方法。通过将红外光声光谱施加到氧化钛金红石钛（IV）上，据揭示，除了金红石所特有的缺陷水平（从传统带的下端约1 eV）之外，非常深的缺陷水平（非常深的防御水平（从传导带的下端，大约1.7 eV）是由球壳形成的。当测试球磨样样品的光催化活性时，与球形样品之前相比，活性急剧下降。由此，发现球铣削金红石钛（IV）的光催化活性因子是源自球磨坊的非常深的缺陷水平。这项成就已于今年提交给本学术期刊，并在J. Phys发表。化学C.使用在液相中开发的红外光声光谱仪，我们可以在液相测量，我们跟踪了液相在光催化颗粒中捕获的电子的积累和释放。将红外光声光谱应用于氧化钛型钛（IV），在氧化钛（IV）中积累了捕获的电子，并将电子受体添加到系统中。通过分析与添加各种电子受体（例如铁（III）离子和过氧化氢）相关的陷阱电子的衰减行为，我们发现陷阱电子的反应性主要取决于缺陷水平与电子受体的氧化还原电位之间的能量差。这项成就已于今年提交给本学术期刊，并发表在化学中。 Lett。同样，我们已经成功地分析了金红石类型和布鲁克特型氧化钛（IV）（IV）和带有不同晶体结构的液态相光催化反应场的行为。