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Slow-photon effects in inverse-opal TiO2 photocatalysis: evaluation by electron spin resonance spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 17K06018
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Komaguchi Kenji  広島大学, 工学研究科, 准教授 (80291483)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsフォトニック結晶 / 低速フォトン / 逆オパール構造 / 二酸化チタン / 電子スピン共鳴法 / 光触媒 / 金属酸化物半導体 / 低速フォトン効果 / 光誘起電荷分離
Outline of Final Research Achievements

TiO2 photonic crystals having an inverse opal (IO) structure were prepared with a high shape accuracy, and the effects of the slow photon (SP) on the yields of photo-generated electrons (trapped electrons like O2- and Ti3+) were investigated.The trapped electrons were quantitatively evaluated at 77 K by electron spin resonance (ESR) spectroscopy for photo-irradiated IO-TiO2 with a small amount of O2 or MeOH. The yields increased by twice when IO-TiO2 was prepared so that the slow photon can contribute to the bandgap excitation of TiO2, as compared with other IO-TiO2 samples where the energy of SP is smaller than the band gap of TiO2. In applying the photonic structure on photochemical reactions, it is important not only to prepare the three dimensional photonic crystal with a higher space accuracy, but also to select a proper solvent used in the reaction, which seriously affects the photophysical property of the photonic crystal.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、フォトニック結晶の光物性を光学素子などに応用する研究は急増しているが、光化学反応への応用研究は少ない。本研究成果は、二酸化チタンをフォトニック結晶の構造に作り変えることで、貴金属などを加えることなしで、二酸化チタンの光エネルギーの化学エネルギへの変換効率をさらに向上させることができる可能性を示した。ただし、光化学反応への応用では、フォトニック結晶を高品質かつ高精度に作成する技術の確立だけでなく、媒体(溶媒)の適切な選択も極めて重要である。

Report

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

    (6 results)

All 2019 2018

All Presentation (6 results)

  • [Presentation] 酸化物半導体フォトニック結晶の光反応促進効果2019

    • Author(s)
      松尾修平、萬田貴大、駒口健治、今榮一郎、大山陽介、 定金正洋、早川慎二郎
    • Organizer
      2019年光化学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] TiO2フォトニック結晶の光反応促進効果2019

    • Author(s)
      松尾修平、萬田貴大、駒口健治、今榮一郎、大山陽介、定金正洋、早川慎二郎
    • Organizer
      2019年日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ZnOフォトニック結晶の作成と特異的光反応2018

    • Author(s)
      松尾修平, 駒口健治, 早川慎二郎, 定金正洋
    • Organizer
      第 21 回 ESRフォーラム研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] TiO2フォトニック結晶の光反応促進効果2018

    • Author(s)
      萬田貴大, 駒口健治, 今榮一郎, 大山陽介, 早川慎二郎
    • Organizer
      第57回電子スピンサイエンス学会年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 酸化亜鉛フォトニック結晶の光誘起電子移動反応2018

    • Author(s)
      松尾修平, 駒口健治, 定金正洋, 早川慎二郎
    • Organizer
      2018年日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 金属酸化物半導体の局所的電子状態と構造2018

    • Author(s)
      駒口健治
    • Organizer
      第78回分析化学討論会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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