表面プラズモン吸収励起光触媒反応の機構解明と高効率化

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大谷 文章 北海道大学, 触媒化学研究センター, 教授 (80176924)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大沼 明 北海道大学, 触媒化学研究センター, 特任助教 (50584174)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2010: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 金担持酸化チタン / 作用スペクトル解析 / 表面プラズモン吸収 / 電子注入機構 / 二重励起光音響分光法 / 光触媒活性 / 増強電場 / 多光子吸収

Research Abstract

金を担持させた酸化チタン(Au-TiO2)による反応の作用スペクトルはAu-TiO2の拡散反射スペクトルにほぼ一致した.これに矛盾しない反応機構として(1)電子注入機構:SPR励起した金粒子から酸化チタンに注入された電子が酸素を還元/電子欠損金粒子が有機物を酸化,(2)熱触媒機構:SPR吸収した金の脱励起過程で発生する熱により,金の触媒作用が発現,あるいは(3)ホットスポットによる多光子吸収:SPR吸収した金粒子の増強電場により,酸化チタンが2光子吸収して生じる励起電子-正孔による酸化還元反応,があげられる.伝導帯位置が高いシリカに金を担持させても反応がほとんど進行しないことから(1)が支持されるともに(2)の可能性が低いことが示唆された[2]、(1)の機構で注入された電子を光音響分光法により観測することを試みたが,金粒子による光散乱が大きいためか,現在のところ確認には成功していない.一方,比較的大きな金粒子を担持させたマイクロメートルサイズの酸化チタン粉末に,十数ナノメートルのサイズの酸化チタンをさらに担持させたときに,それぞれの酸化チタンに金を担持させたものを大きく上回る光触媒活性(2-プロパノールの酸化)が見られ,粒径が異なる酸化チタンの共存による相乗効果が観測された.これの結果にもとづき,3段階のプロセスによる金-酸化チタン-金構造粒子の調製を試み,その光触媒活性を検討した.また,金-銀合金粒子担持酸化チタンを調製し,その光触媒活性を確認した.

Research Products

• [Journal Article] Preparation and characterization of monometallic (Au) and bimetallic (Ag/Au) modified-titania photocatalysts activated by visible light (2011)
  • Author(s): Anna Zielinska
  • Journal Title: Appl.Catal.B Environ. Volume: 101 Pages: 504-514
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Silver-doped TiO_2 prepared by microemulsion method : surface properties, bio- and photoactivity (2010)
  • Author(s): Anna Zielinska
  • Journal Title: Separ.Purif.Tech. Volume: 73 Pages: 309-318
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequency- and polarization dependent optical response of asymmetric spheroidal silver nanoparticles on dielectric substrate (2010)
  • Author(s): Vygantas Mizeikis
  • Journal Title: Physica Status Solidi Rapid Res.Lett. Volume: 4 Pages: 268-270
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visible light-induced photocatalysis through surface-plasmon excitation of noble metals on titania surface (2009)
  • Author(s): Kowalska, Ewa, Abe, Ryu, Ohtani, Bunsho
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics 12 Pages: 2344-2355
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Noble metal modified titania photocatalysts active under visible light irradiation (2010)
  • Author(s): Ewa Kowalska
  • Organizer: The 18th International-Symposium on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
  • Place of Presentation: 高麗大学(ソウル)
  • Year and Date: 2010-07-27
• [Presentation] Modification of titanium(IV)oxide particles with gold for photocatalysis under ultraviolet and visible light irradiation (2009)
  • Author(s): Ewa Kowalska, Bunsho OHTANI
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Advanced Particles(ISAP2009)
  • Place of Presentation: 慶應大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2009-04-26
• [Book] プラズモンナノ材料の設計・応用の新展開(山田淳監修・分担執筆) (2009)
  • Author(s): 大谷文章・エバ=コワルスカ
  • Total Pages: 480
  • Publisher: シーエムシー出版