アナターゼ型酸化チタン表面の光触媒反応活性サイトの原子構造及び電子状態の分析

• Project/Area Number: 21H04074
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: 2120:Condensed matter physics, plasma science, particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: HIROSHI OTA 分子科学研究所, 技術課, 技術職員
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥470,000 (Direct Cost: ¥470,000); Fiscal Year 2021: ¥470,000 (Direct Cost: ¥470,000)
• Keywords: 酸化チタン / 放射光 / 光電子分光 / X線吸収 / 表面物理 / 反応活性サイト

Outline of Research at the Start

酸化チタンは、光触媒材料であり、光の吸収によって励起される電子が酸化チタン表面の有機物等を強く酸化することができる。酸化チタンの光触媒作用は強く、水を水素と酸素に分解でき、水素製造に利用することで脱炭素社会への達成する可能性を持っている。この研究では、アナターゼ型酸化チタン表面における光触媒反応が起こる反応活性サイトの原子構造及び電子状態を新規に開発した共鳴光電子回折分光を用いて明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

TiO2の光触媒作用は、結晶表面の酸素原子の欠陥によって発生した余剰電子が反応活性に寄与していることが考えられている。今回の研究に置いて、TiO2表面に存在する光触媒反応活性サイトの特異な電子状態を解析したところ、共鳴光電子回折分光を用いることでTi周辺の二次電子の放出過程の解析も可能なことが判明した。この結果も併せて、現在、論文をまとめ始めている。

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有用な光触媒材料の一つである酸化チタンは、光の吸収によって励起される電子がTiO2表面の有機物等を強く酸化することができる。TiO2の光触媒作用は強く、水を水素と酸素に分解でき、水素製造に利用することで脱炭素社会への達成する可能性を持っている。
今回の研究期間では、酸化チタン表面における光触媒反応が起こる活性サイトの原子構造及び電子状態の全てを明らかにすることは出来なかった。しかし、解析を行いたい信号と他の信号の切り分けが進んだことで今後の研究の際により適切なデータの解析ができることから、今後の酸化チタン材料開発の指標の一つとなる研究が行えた。