時間分解分光計測を利用した光触媒機構初期過程の解明

使用时间分辨光谱测量阐明光催化机制的初始过程

基本信息

批准号：
17029015
负责人：
岩田耕一
金额：
$ 3.46万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者らは,平成18年度に東京大学大学院理学系研究科の岩澤康裕教授,唯美津木助手,東京大学大学院新領域創成科学研究科の佐々木岳彦助教授との共同研究を行い,7種類の異なる酸化チタン触媒(アナタース型結晶3種類,ルチル型結晶3種類,および両者の混合型1種類)の粉末試料を光照射することで生成させたキャリアのフェムト秒動力学を,波長0.9から1.5μmで10^<-4>の吸光度差をマルチチャンネル検出できるフェムト秒時間分解近赤外分光計を利用して測定した.また,これらの試料中の1次粒子の粒径をX線回折測定によって見積った.この2種類の実験によって得られたキャリアの減衰速度と1次粒子の粒径の間には,次のような関係があった.(1)アナタース型結晶の粒径66nmおよび52nmの試料では,光励起後1ピコ秒以内に電子に由来する波長950nmでの吸収強度が消失した.これに対し,粒径15nmの試料では,同じ波長での吸収強度が数十ピコ秒後も観測された.(2)ルチル型結晶の粒径69nmおよび71nmの試料では,光励起後0.2ピコ秒以内に波長950nmでの吸収強度が負になった.これに対し,粒径25nmの試料では,同じ波長での正の吸収強度が数十ピコ秒後も観測された.(3)混合型(P-25)の試料中のアナタース型結晶の粒径は30nmであった.この試料では,波長950nmでの吸収強度が数十ピコ秒後でも観測された.今年度の研究で,酸化チタン微粒子中でのキャリア動力学が結晶型や粒径に依存して大きく変化する様子をフェムト秒の時間領域で直接観測することができた.光触媒反応の出発点でもあるキャリアの生成および減衰過程に対する基礎的理解の基盤となる実験結果を提供できた.

2006年，研究代表与东京大学研究生院理学研究科岩泽泰宏教授、东京大学先端科学研究生院津木由美助理教授、佐佐木武彦副教授进行了不同钛氧化物的联合研究。在0.9至1.5μm的波长下测量通过对催化剂粉末样品（3种锐钛矿型晶体、3种金红石型晶体和1种两者的混合物）进行光照射而产生的载流子的飞秒动力学10 分钟^<-使用能够多通道检测的飞秒时间分辨近红外光谱仪测量4>的吸光度差异。此外，通过各种实验通过X射线衍射测量来估计这些样品中的初级颗粒的粒径。载流子的衰变率与由电子在数秒内导出的波长得到的一次粒子的粒径之间存在以下关系950 nm处的吸收强度消失。另一方面，在粒径为15 nm的样品中，即使在几十皮秒后也观察到相同波长的吸收强度。(2)在样品中，光激发波长 950 nm 处的吸收强度在开始后 0.2 皮秒内变为负值。另一方面，在粒径为 25 nm 的样品中，即使在数十皮秒后，仍观察到相同波长处的正吸收强度3) 混合型（P-25）样品该样品的锐钛矿型晶体的粒径为30nm，在数十皮秒后也观察到了波长950nm的吸收强度。在今年的研究中，对氧化钛微粒中的载流子动力学进行了研究。与晶体类型和晶粒尺寸有关。我们能够直接观察到飞秒时域中较大的依赖性变化。我们能够提供实验结果，为基本了解载流子生成和衰变过程（这是光催化反应的起点）提供基础。