金属イオン注入による酸化物半導体薄膜・単結晶の光触媒特性の制御と作用機構の解明

通过金属离子注入控制氧化物半导体薄膜和单晶的光催化性能并阐明作用机制

基本信息

批准号：
11118266
负责人：
山下弘巳
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酸化チタン光触媒が機能するためには紫外光の照射が必要である。しかし、より実用的な利用を目指すためには、生活空間に豊富に存在する可視光や太陽光の照射で効率よく機能する酸化チタン光触媒の開発が切望されている。我々は、従来の化学的手法にはないユニークな特長を有するイオン工学的手法を利用して新規な光触媒の創製を目指し研究を行っている。本研究では、ドライなプロセスとしてのクラスターイオンビーム(Ionized Cluster Beam:ICB)法を用いてシリカガラス基板上に、透明な酸化チタン薄膜光触媒を調製することを検討した。さらに、イオン注入法によりCrやVイオンを酸化チタン薄膜に注入することで、可視光照射下で効率よく機能する酸化チタン薄膜光触媒の調製に成功した。光触媒反応としてNO分解反応やアルコール液相酸化分解反応を検討し、可視光照射下での光触媒反応性を検討し、また、光触媒のキャラクタリゼーションとしてUV-VIS吸収、XRD、XAFS、ESR測定などを行うとともに分子軌道計算を行い、実験的にも理論的にも金属イオン注入により酸化チタン光触媒が可視光応答性を発現する機構の解明を試みた。これらの結果よりイオン注入法が注入金属イオンを高分散状態かつ低酸化状態(3〜4価)で酸化チタン結晶中のTi^<4+>イオンと置換することができる最も有用な手法であり、この置換を実現することで酸化チタン光触媒に可視光応答性が発現することが明らかにできた。

氧化钛光催化剂发挥作用需要紫外线照射。然而，为了实现更实际的应用，强烈需要开发在生活空间中丰富的可见光和太阳光照射下有效发挥作用的二氧化钛光催化剂。我们正在进行的研究旨在利用离子工程方法创造新型光催化剂，这种方法具有传统化学方法所没有的独特功能。在这项研究中，我们研究了使用干式电离簇束（ICB）方法在石英玻璃基底上制备透明氧化钛薄膜光催化剂。此外，通过使用离子注入方法将Cr和V离子注入二氧化钛薄膜，他们成功制备了在可见光照射下有效发挥作用的二氧化钛薄膜光催化剂。我们研究了NO分解反应和醇液相氧化分解反应作为光催化反应，检查了可见光照射下的光催化反应性，并进行了UV-VIS吸收、XRD、XAFS、ESR测量等作为光催化表征。进行了分子轨道计算，并试图从实验和理论上阐明二氧化钛光催化剂通过金属离子注入表现出可见光响应性的机制。这些结果表明，离子注入是用高度分散状态和低氧化态(三价至四价)注入的金属离子取代氧化钛晶体中的Ti 4+ 离子的最有用的方法。实现这种替代，二氧化钛光催化剂表现出可见光响应性。