アナターゼ型二酸化チタン表面における光触媒反応の原子スケール観察

锐钛矿型二氧化钛表面光催化反应的原子尺度观察

基本信息

批准号：
17J00449
负责人：
勝部大樹
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はアナターゼ型TiO2(001)表面の光触媒の反応機構を解明することを目的とした研究である．本年度は、アナターゼ型TiO2(001)表面の構造・物性を明らかにするために、1．非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)と走査トンネル顕微鏡(STM)の同時測定による局所構造の観察、2．アナターゼ型TiO2(001)表面における水の曝露量に依存した吸着状態の変化の観察の2つの研究に取り組んだ．1．アナターゼ型TiO2(001)表面の局所構造はNC-AFM像のコントラストや高さプロファイル解析によって識別し、分類することは一部を除き困難であり、局所構造における各モード間のコントラストの相関も不明確で合った．そこで、NC-AFMとSTMの同時測定によるアナターゼ型TiO2(001)表面の原子レベルの観察を行うことにより、表面の吸着種と表面に存在するいくつかの欠陥を識別することに成功した．2．前年度では行っていなかった水の曝露量による吸着サイトと吸着状態の変化についてNC-AFMとX線光電子分光により調べた．X線光電子分光の結果から、水曝露量に依存して、表面の吸着状態が解離吸着ではなく、分子吸着に変化するといったことはないことが明らかとなった．また、OH結合にいくつかの種類が存在するといったことを示唆する結果を得た．曝露量を変化させた際の、吸着サイトの変化をNC-AFMにより観察した結果、曝露量が少ない場合においては、OH基はばらばらに存在していたものが、曝露量を増やしていくごとに、OH基が凝集したような構造が増えていくことが観測された．これは、X線光電子分光の結果と合わせて考えると、種類の異なるOH基が現れてきたことを示唆していると考えられる．

本研究旨在阐明光催化剂在锐钛矿型TiO2(001)表面的反应机理。今年，为了阐明锐钛矿型TiO2（001）表面的结构和物理性质，我们将使用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）和扫描隧道显微镜（STM）同时测量观察局部结构，2。我们进行了两项研究，观察吸附状态随锐钛矿型 TiO2(001) 表面接触水量的变化。 1.通过NC-AFM图像的对比度和高度轮廓分析很难识别和分类锐钛矿型TiO2（001）表面的局部结构，除了一些例外，并且局部结构模式之间的对比度之间也没有相关性。这是明确和适当的。因此，通过同时使用 NC-AFM 和 STM 测量在原子水平上观察锐钛矿 TiO2(001) 表面，我们成功地识别了表面上的吸附物质和表面上存在的一些缺陷。 2.我们使用 NC-AFM 和 X 射线光电子能谱来研究吸附位点和吸附条件随水暴露量的变化，这是我们去年没有做过的。 X射线光电子能谱的结果表明，表面的吸附状态不会根据水暴露量从解离吸附转变为分子吸附。我们还获得了表明存在多种类型的 OH 键的结果。使用NC-AFM，我们观察到当曝光量改变时吸附位点的变化。当曝光量小时，OH基团分散，但随着曝光量增加，OH基团的结构数量增加。观察到OH基团聚集。当与X射线光电子能谱的结果一起考虑时，这似乎表明出现了不同类型的OH基团。