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.

研究人员与东京大学科学研究生院伊瓦萨·雅苏希罗（Iwasawa Yasuhiro）进行了联合研究使用10^< - 在0.9至1.5μm的波长下，使用10^< - 的养殖酶型晶体，三种类型的金红石类型晶体和一种混合类型）。使用可以检测多通道的飞秒时间分辨的近红外光谱仪测量4>中4>中的吸光度差。还通过X射线衍射测量来估计这些样品中主要颗粒的粒径。通过这两个实验获得的载体衰减率和主要颗粒的粒径如下：（1）对于具有66 nm和52 nm的Anatus型晶体粒径的样品，光涂后的一个picosecond中的电子中得出的波长。 950 nm处的吸收强度消失了。相反，在粒径为15 nm的样品中，在几十秒钟后观察到相同波长的吸收强度。（2）在金红石晶体的粒径为69 nm和71 nm的样品中，在950 nm的波长下，吸收强度在光激发后的0.2 picseconds之内变成负。在粒径为25 nm的样品中，在几十秒钟后观察到相同波长处的阳性吸收强度。（3）在具有混合型（P-25）的样品中，解剖酶类型晶体的粒径为30 nm。在此样品中，即使经过几十秒钟的picseconds，也观察到波长在950 nm处的吸收强度。在今年的研究中，我们能够直接观察氧化钛细颗粒中的载体动力学，这些动力学因晶体类型和粒径而变化很大。我们能够提供实验结果，这些结果将作为对载体产生和衰减过程的基本理解的基础，这是光催化反应的起点。