水溶液中の酸化チタン単結晶基板上における競争的光反応メカニズムの解明

阐明水溶液中氧化钛单晶基底的竞争光反应机理

基本信息

批准号：
18685015
负责人：
今西哲士
金额：
$ 10.57万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度に引き続き、ルチル型単結晶面上における水光酸化反応の電解液pH依存性を調べた。その結果、pH値が増大するに従い、発光強度が減少することが確認された。さらに、pH依存性を細かく調べたところ、単調に減少するのではなく、pH5および、pH13付近で急激に減少していることが分かった。pH5付近が、Ti02の等電点であることから、表面の-OH基が-OHのとき(酸性条件下)は、ホールが最表面プラスチャージにより最表面のブリッジ酸素(酸素発生サイト)に近づけず、その分発光サイト(3配位格子酸素)で再結合を起こし、発光する。また、アルカリ条件下では、容易にブリッジ酸素に近づけるために発光は抑制されたものと考えられる。さらに、pH13付近での急激な発光減衰は、Ti-0-種が形成されたことにより、Ti0-種にホールがトラップされ、酸素発生反応が活性化されたためと考えられる。この酸素発生反応は、反応課程で格子結合の切断を伴わないのが特徴であると考えられるが、実際に長時間光を照射し続けても、表面構造に全く変化がなかった(AFMより)ことからも正しいことが分かった。一方で、step構造を制御したTi02単結晶面を用いて、発光強度の変化を調べた。その結果、terrace幅が大きい試料の方が、発光が強く観察され、発光サイトがterraceに存在するという従来のモデルを裏付けることが出来た。さらに、同じテラス幅を持ち、異なるstepラインを持つ試料同士の発光強度を比較したところ、<001>方向に平行な方向にstepラインをもつ試料で最も発光強度が強くなったことが分かった。Stepサイトの反応性がほとんど変わらなかったことから、このことは、Ti02表面でホールの異方性拡散が起きており、これが発光および酸素発生反応性に深く関わっていることが分かった。

继去年之后，我们研究了金红石单晶表面上水光氧化反应的电解质 pH 依赖性。结果证实，发光强度随着pH值的增加而降低。此外，当详细检查pH依赖性时，发现pH并不是单调下降，而是在pH 5和pH 13附近迅速下降。由于pH5左右是TiO2的等电点，当表面的-OH基团为-OH时(酸性条件下)，由于最外层带正电荷，空穴接近最外层表面的桥氧(氧产生位点)。首先，在发光位点（三配位晶格氧）发生复合并发光。此外，认为在碱性条件下，由于容易接近桥氧，因此发光受到抑制。此外，pH 13 附近的快速发光衰减被认为是由于 Ti-0- 物质的形成，它捕获空穴并激活氧气生成反应。人们认为这种析氧反应的特点是在反应过程中不涉及晶格键的断裂，但事实上，即使在连续光照射后，表面结构也完全没有变化（来自AFM））事实证明这是正确的。另一方面，我们使用具有受控阶梯结构的TiO 2 单晶面研究了发射强度的变化。结果，在平台宽度较大的样品中观察到更强的发光，支持了发光位点存在于平台中的传统模型。此外，当我们比较具有相同平台宽度但不同阶梯线的样品的发光强度时，我们发现阶梯线平行于<001>方向的样品中发光强度最强。台阶位点的反应性几乎保持不变，表明TiO 2 表面上发生空穴的各向异性扩散，并且这与发光和析氧反应性密切相关。