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：
15033219
负责人：
岩田耕一
金额：
$ 3.58万
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：
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

研究代表者らは,昨年度に引き続き,酸化チタン光触媒(TIO4)を光照射した際に生成するキャリアーの挙動を,フェムト秒時間分解近赤外分光法を用いて追跡した.酸化チタン光触媒を光照射すると,160フェムト秒の減衰成分と,数百ピコ秒の減衰成分が観測される.両者の強度比をポンプ光強度を変えながら測定したところ、強度比は一定だった.これは,速い成分が1次反応で記述できるジェミネート対消滅のような減衰であり,他のキャリアーには影響されないことを示している.また,遅い成分に対応する減衰は,ポンプ光強度を変化させても全て共通の速度定数をもつ2次反応でよく記述できた.これは,この減衰が非ジェミネート的な電子-正孔消滅過程に対応することを示している.酸化チタン光触媒に白金助触媒を担持すると触媒活性が増大することが知られている.研究代表者らは白金助触媒を担持した酸化チタン光触媒を光照射した場合と,白金助触媒を担持しない酸化チタン光触媒を光照射した場合の双方について光照射後の電荷担体の動的挙動を調べ,白金助触媒の果たす役割を明らかにすることを目指した.実験の結果,白金助触媒を担持すると光照射後2.3ピコ秒で電子が酸化チタンから白金に移動することを強く示唆する結果を得た.この結果は,電子が酸化チタンから白金に移動することによって電子-正孔対の消滅が妨害され,その結果電荷担体の寿命が長くなって触媒効率が向上することを示している.近赤外領域の光を用いると,光散乱の大きな粉末試料に対しても透過法で分光測定を行える.このため,粉末の光触媒微粒子のフェムト秒領域での時間分解分光測定を実現できる.研究代表者らは,自ら開発したフェムト秒時間分解近赤外分光法を効果的に活用することによって,酸化チタン光触媒を光照射したときに生じるキャリアーの動力学の詳細を明らかにすることができた.

延续去年，研究人员使用飞秒时间分辨近红外光谱来追踪二氧化钛光催化剂（TIO4）受到光照射时产生的载流子的行为，然后，160英尺。当我们在改变泵浦光强度的同时测量两者的强度比时，观察到一埃秒的衰减分量和数百皮秒的衰减分量，这是因为快速分量是第一分量。有序反应，如双子对湮灭，可以用下式描述：此外，即使当泵浦光强度改变时，与慢分量相对应的衰减也可以通过具有共同速率常数的二阶反应来很好地描述。这意味着这种衰减是非几何的。已知当氧化钛光催化剂被光照射时，在氧化钛光催化剂上负载铂助催化剂可以提高催化活性。本研究的目的是研究光照射后载流子的动态行为，并阐明铂助催化剂所起的作用。实验结果，当负载铂助催化剂时我们获得的结果强烈表明电子在光照射后 2.3 皮秒从氧化钛移动到铂。该结果表明电子-空穴对的湮灭受到电子从氧化钛移动到铂的阻碍。电荷载体的寿命这表明通过增加光催化剂颗粒的长度可以提高催化效率。利用近红外区域的光，即使在光散射较大的粉末样品上也可以使用透射法进行光谱测量。飞秒区域通过有效地利用他们自己开发的飞秒时间分辨近红外光谱，主要研究人员阐明了二氧化钛光催化剂受到光照射时发生的载流子动力学的细节。