光励起キャリアーの動的過程を観測した光触媒活性評価法の確立と触媒探索への応用

观察光激发载流子动态过程的光催化活性评价方法的建立及其在催化剂搜索中的应用

基本信息

批准号：
15655077
负责人：
山方啓
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

時間分解赤外分光法を用いると、光触媒中の電子を観測し、電子・正孔再結合過程や吸着分子への電荷移動過程を調べることができる。我々は、水分解の活性が高いタンタル酸ナトリウム触媒中のマイクロ秒領域でのキャリアーの挙動と定常反応活性には高い相関があることを報告した。本研究では、本手法を用いて9つの酸化チタン参照触媒の光励起ダイナミクスの観測を行った。酸化チタンに紫外パルスを照射すると、赤外域に光励起電子のブロードな過渡吸収が観測される。この過渡吸収の減衰過程を調べることで光励起電子の再結合過程や反応過程を調べることができる。真空中での減衰速度は再結合速度を反映し、残存する電子の数が多いほど、反応に使える電子の数は多いことになる。ここで、気相に酸素を導入すると、電子が酸素に消費されるため、電子の減衰が加速される。この減少量は反応に消費された電子数を反映し、どれだけ減ったかという減少率は、再結合を逃れて残存した電子の反応活性を示す指標になる。次に、気相にメタノールを導入すると、正孔が消費されて再結合が抑制され、電子数が増加するが、この増加量は反応で消費された正孔数を反映する。そして、電子の増加した割合は、再結合を逃れて残存した正孔の反応活性を反映する。これらの仮定に基づいて参照触媒TIO4,6-13の反応ガス導入による電子の変化量と変化率を計算した。各触媒における光励起電子の赤外吸光係数が同じだと仮定した場合、これらの電子の変化量は大きければ大きいほど、酸化反応や還元反応の活性が高いことになる。TIO8と9は酸素導入による電子の減少量が大きいため、高い還元活性を有しており、逆にTIO8と10はメタノール導入による電子の増加量が多いため、高い酸化活性を有していることが推察される。これらの結果と触媒の表面積を比較すると、活性の高い触媒はいずれも表面積が広いことが分かった。

使用时间分辨的红外光谱法，可以观察到光催化剂中的电子，并且可以检查电子孔重组过程以及对吸附分子的电荷转移过程。我们报道说，微秒区域的载体行为与疏水酸钠催化剂的稳态反应活性之间存在很高的相关性，这些催化剂在水分解中具有很高的活性。在这项研究中，我们使用此方法观察到了9张氧化钛参考催化剂的光激发动力学。当氧化钛被紫外线脉冲照射时，在红外区域观察到光激发电子的广泛瞬态吸收。通过检查这种瞬时吸收的衰减过程，可以研究光激发电子的重组和反应过程。真空中的衰减速率反映了重组速率，剩下的电子越多，可以在反应中使用的电子越多。在这里，当将氧气引入气相时，电子将被氧气消耗，因此电子的衰减得到了加速。减少量反映了反应中消耗的电子数量，减少的降低率是逃脱重组的其余电子的反应活性的指标。接下来，当将甲醇引入气相时，会消耗孔，抑制重组并增加电子的数量，但这种增加反映了反应中消耗的孔数量。电子的比例增加反映了逃脱重组的其余孔的反应活性。基于这些假设，计算了由于参考催化剂TIO 4,6-13中引入反应气体引起的电子的数量和变化速率。如果我们假设每个催化剂中光激发电子的红外灭绝系数是相同的，那么这些电子的变化量就越大，氧化和还原反应的活性越高。由于TiO8和9由于氧的引入而具有很高的减少活性，因此TiO8和9具有较高的还原活性，另一方面，由于引入甲醇，Tio8和10电子的电子增加较高，因此据估计，由于引入了甲醇，TiO8和10具有高氧化活性。将这些结果与催化剂的表面积进行比较，发现所有高度活性的催化剂均具有广泛的表面积。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Akira Yamakata, Taka-aki Ishibashi, Hideki Kato, Akihiko Kudo, Hiroshi Onishi: "Photodynamics of NaTaO_3 Catalysts for Efficient Water Splitting"The Journal of Physical Chemistry B. 107. 14383-14387 (2003)

Akira Yamakata、Taka-aki Ishibashi、Hideki Kato、Akihiko Kudo、Hiroshi Onishi：“NaTaO_3 催化剂有效分解水的光动力学”物理化学杂志 B. 107. 14383-14387 (2003)

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Akira Yamakata, Taka-aki Ishibashi, Hiroshi Onishi: "Effects of Water Addition on the Methanol Oxidation on Pt/TiO_2 Photocatalyst Studied by Time-resolved Infrared Absorption Spectroscopy"The Journal of Physical Chemistry B. 107. 9820-9823 (2003)

Akira Yamakata、Taka-aki Ishibashi、Hiroshi Onishi：“通过时间分辨红外吸收光谱研究水添加对 Pt/TiO_2 光催化剂上甲醇氧化的影响”物理化学杂志 B. 107. 9820-9823 (2003)

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Kan Takeshita, Yutaka Sasaki, Masahiro Kobashi, Yuki Tanaka, Shuichi Maeda, Akira Yamakata, Taka-aki Ishibashi, Hiroshi Onishi: "Effect of annealing temperature on back electron transfer and distribution of deep trap sites in dye-sensitized TiO_2, studied

Kan Takeshita、Yutaka Sasaki、Masahiro Kobashi、Yuki Tanaka、Shuichi Maeda、Akira Yamakata、Taka-aki Ishibashi、Hiroshi Onishi：“研究了退火温度对染料敏化 TiO_2 中背电子转移和深陷阱位点分布的影响”