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The electronic structures of Anatase TiO2 studied by photoemission spectroscopy using synchrotron light and laser

Research Project

Project/Area Number 16K05406
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

Azuma Junpei  佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 准教授 (40372768)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords光電子分光 / 放射光 / レーザー / 光触媒 / 二酸化チタン / 電子状態 / 光物性
Outline of Final Research Achievements

Clean surfaces of (100), (110) and (001) surfaces of anatase-type TiO2 natural single crystals, known as photocatalysts, were prepared and measured by three-dimensional angle-resolved photoemission spectroscopy using synchrotron radiation. The experimental results have revealed a detailed three-dimensional band structure. It is found that the valence band maximum is located just above the M point, whereas that has been predicted to be near the M point along the Γ-M line by theoretical calculations. It is directly observed that the conduction band minimum, which is electron-doped by the oxygen vacancies, is at Γ point and that the indirect band gap is 3.2 eV. The surface elecronic states due to the surface oxyzen defects were found by the laser-based two-photon photoemission spectroscopy, which are derived from the Ti 3d orbitals.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アナターゼ型二酸化チタンTiO2は光触媒として既に実用化されているが、バンド構造について実験的にほとんど確かめられていなかった。これは二酸化チタン結晶が劈開性を持たないので、角度分解光電子分光測定が可能な清浄表面を得ることが困難であることに由来する。本研究では、二酸化チタン結晶の清浄表面を複数の面方位で作製する事に成功した。また得られた清浄表面について、複数の面方位で三次元角度分解光電子分光測定を行う事で、アナターゼTiO2の三次元バンド構造に関する詳細な知見が得られた。この成果は光触媒の詳細なメカニズムを明らかにし、光による水素発生などのクリーンエネルギー技術の発展に寄与すると考えられる。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Presentation (8 results)

  • [Presentation] アナターゼTiO2 の三次元バンド構造2019

    • Author(s)
      東純平,山本勇,今村真幸,高橋和敏
    • Organizer
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] アナターゼTiO2の角度分解光電子分光2018

    • Author(s)
      東純平、山本勇、今村真幸、高橋和敏
    • Organizer
      平成30年度日本表面真空学会・九州支部学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] マグネリ相Ti4O7の角度分解光電子分光2018

    • Author(s)
      東純平、成冨綾恵、渡邊雅之、山本勇、今村真幸、高橋和敏
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] アナターゼTiO2の角度分解光電子分光2017

    • Author(s)
      東純平,山本勇,今村真幸,高橋和敏
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] アナターゼTiO2の角度分解光電子分光2017

    • Author(s)
      東純平,山本勇,今村真幸,高橋和敏
    • Organizer
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸市
    • Year and Date
      2017-01-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 時間分解光電子分光の現状と将来発展2017

    • Author(s)
      東 純平
    • Organizer
      佐賀大学シンクロトロン光応用研究センター研究会「シンクロトロン光が拓く学際的物理研究の可能性」
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] シンクロトロン光とレーザーを用いた光電子分光による表面・界面の電子状態研究2017

    • Author(s)
      東純平
    • Organizer
      九州大学エネルギーウィーク2017
    • Place of Presentation
      佐賀県立九州シンクロトロン光研究センター
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 時間分解光電子分光の現状と将来発展2016

    • Author(s)
      東純平
    • Organizer
      京都大学 輻射物理学講座百周年記念 光物性シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学益川ホール
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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