電子・正孔の光検出による界面光化学反応計測

利用电子和空穴的光电检测测量界面光化学反应

• 批准号: 17029073
• 负责人: 加藤 隆二
• 金额: $ 2.94万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17029073/
• 关键词: 過渡吸収; 酸化チタン; 光触媒; 高感度分光

昨年度開発した装置を用いて、酸化チタンのナノ微粒手膜における光触媒反応と色素増感太陽電池の初期過程の解明を指向した研究をすすめた。具体的には下記の各課題について検討した。光触媒系については、(1)メタノールと酸化チタン中の正孔の反応におけるメタノール濃度効果、(2)過渡吸収スペクトルにおける励起密度依存性。また、色素増感太陽電池の初期過程については、(3)電子注入効率の励起波長依存性、(4)高性能増感色素であるN3色素の会合状態について検討した。(1)については、メタノールをアセトニトリルで希釈した際の反応速度・収率の変化を計測した。希薄溶液では正孔との反応速度が1マイクロ秒程度となり、収率は0.3程度となった。これは高濃度での300ピコ秒の反応速度、100%の収率の反応と大きく異なっており、顕著な濃度効果が観測されたといえる。この理由としてメタノールの表面吸着現象との関係から議論を進めている。(2)については、電子と正孔によって生じる過渡吸収スペクトルが高密度励起下で大きく変化することを見いだした。これは電子のトラップ状態の変化として説明することができることがわかった。これらの結果については現在論文を執筆中である。(3)については、高感度過渡吸収分光装置を用いて酸化チタン表面に吸着した増感色素からの電子注入効率を励起波長を変えながら測定した。異なる電子励起状態を励起した場合でも電子注入効率は80%を越える高い値を示すことがわかった。励起状態の緩和速膜と電子注入速度の関係を考察した。また、電子注入が起こらないとされるジルコニアについても検討し、励起状態の寿命を評価した。(4)については、色素増感太陽電池として最も有望とされている増感色素の1つであるN3色素について近赤外過渡吸収スペクトルの解析から会合状態についての情報が得られることを明らかにし、実際にジルコニア上では会合体が形成されていることを明らかにした。これらの結果の一部は論文として公表した。また、新しい過渡吸収分光の可能性を探るため、マイクロ波領域での過渡吸収の可能性について検討し、予備的な測定を行った。マイクロ波領域の過渡吸収測定では、電子や正孔の生成量とそれらの移動度の積に比例する信号強度が得られるため、トラッピング過程等、新しい情報が得られることがわかってきた。

使用去年开发的设备，我们一直在促进旨在阐明氧化钛和染料敏化太阳能电池的纳米颗粒手膜中光催化反应的初始过程的研究。具体来说，讨论了以下问题。对于光催化系统，（1）甲醇浓度在甲醇和氧化钛反应中的影响，以及（2）瞬时吸收光谱中激发密度的依赖性。此外，检查了染料敏化太阳能电池的初始过程（3）电子注射效率对激发波长的依赖性，以及（4）N3染料的缔合状态，一种高性能敏化染料。关于（1），测量用乙醇稀释甲醇时的反应速率和产量变化。在稀释溶液中，与孔的反应速率约为1微秒，产量约为0.3。这与高浓度和100％产率的300次皮秒的反应速率有很大不同，可以说观察到显着的浓度效应。原因是讨论与甲醇的表面吸附现象的关系。关于（2），我们发现电子和孔产生的瞬态吸收光谱在高密度激发下发生了显着变化。已经发现，这可以解释为电子陷阱状态的变化。我目前正在撰写有关这些结果的论文。关于（3），使用高度敏感的瞬时吸收光谱仪测量了吸附在氧化钛表面上的敏化染料的电子注入效率，同时更改激发波长。已经发现，即使不同的电子激发态受到激发，电子注入效率也很高，超过80％。检查了激发态弛豫膜与电子注射速率之间的关系。我们还检查了氧化锆，据说不会引起电子注入，并评估了激发态的寿命。关于（4），据揭示了可以从N3染料的近红外瞬态吸收光谱的分析中获得有关缔合状态的信息，N3染料是一种被认为是染料敏化太阳能电池最有前途的染料的染料之一，并且该染料实际上是在Zirconia上形成的。其中一些结果已作为论文发表。另外，为了探索新的瞬时吸收光谱的可能性，检查了微波区域中短暂吸收的可能性，并进行了初步测量。微波区域中的瞬时吸收测量值与电子和孔量及其迁移率的乘积成正比提供了信号强度，并且已经发现可以获得诸如捕获过程之类的新信息。

项目成果

Effect of excitation wavelength on electron injection efficiency in dye-sensitized nanocrystalline Ti02 and Zr02 films.

激发波长对染料敏化纳米晶 TiO2 和 ZrO2 薄膜中电子注入效率的影响。

• 发表时间: 2006
• 期刊: C. R. Chimie 9
• 作者: 加藤;古部;村井;玉城;原;立矢
• 通讯作者: 立矢

Near-IR transient absorption spectra of N3 dye as a probe of aggregation on nanocrystalline semiconductor films

• DOI: 10.1016/j.cplett.2006.04.029
• 发表时间: 2006-06
• 期刊: Chemical Physics Letters
• 影响因子: 2.8
• 作者: M. Murai;A. Furube;M. Yanagida;K. Hara;R. Katoh

Effect of pH on absorption spectra of photogenerated holes in nanocrystalline TiO2 films

• DOI: 10.1016/j.cplett.2007.03.017
• 发表时间: 2007-04
• 期刊: Chemical Physics Letters
• 影响因子: 2.8
• 作者: Toshitada Yoshihara;Y. Tamaki;A. Furube;M. Murai;K. Hara;R. Katoh

Reaction of holes in nanocrystalline TiO2 films evaluated by highly sensitive transient absorption spectroscopy

• DOI: 10.1016/j.cattod.2006.07.048
• 发表时间: 2007-02-15
• 期刊: CATALYSIS TODAY
• 影响因子: 5.3
• 作者: Murai, Miki;Tamaki, Yoshiaki;Katoh, Ryuzi
• 通讯作者: Katoh, Ryuzi