表面増強光触媒の反応初期過程の解明

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 野坂 芳雄 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (30134969)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岸岡 真也 群馬大学, 教育学部, 准教授 (30324007)
• 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: 機能材料 / 表面プラズモン / 光化学 / 光触媒 / 酸化チタン / 金超微粒子 / 光電荷移動 / ESR

Research Abstract

金ナノ粒子の表面プラズモン吸収により酸化チタンへの電子移動が生じ,太陽光エネルギーを化学反応に用いることで、水を分解し水素燃料を製造することが期待されている。そこで、粒子系において、表面プラズモン吸収による半導体への電荷移動を観測し,効率のよい電荷分離の条件を探索することにより、光触媒系の設計への応用の可能性をさぐることを目的として研究を行った。ESR測定から,金微粒子を担持した酸化チタン微粒子において、プラズモン励起による金-酸化チタン間の電荷移動は金と酸化チタンの界面の電子的な接合状態に大きく依存することを見出した。すなわち、可視光を照射しプラズモン励起により酸化チタンに生じるラジカルを低温77KにおいてESR測定することで、プラズモン励起により、金微粒子から酸化チタンへの電子移動が生じ、酸化チタン上の捕捉電子の信号が増加することを観察した。これたは逆に、熱処理等により、可視光照射により酸化チタンの正孔が増加し、酸化チタンから電子が出て行く場合があることを見出した。また,一重項酸素の検出を試みたところ、金微粒子担持酸化チタンの室温懸濁系において、532nm励起により一重項酸素の1270nmの発光が検出された。このことは、酸素分子の基底三重項状態から励起一重項状態への禁制遷移が、プロズモンの増強場により生じたと考えられる。白金の微粒子を担持した場合には、電荷移動はいつも半導体から金属に生じ、半導体表面では酸化反応のみ生じることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] Direct Detection of OH Radicals in the Gas-Phase Diffused from the Pt/TiO_2 and WO_3/TiO_2 Photocatalysts under the UV Light Irradiation (2010)
  • Author(s): Y.Murakami, I.Ohta, T.Hirakawa, Y.Nosaka
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 493 Pages: 292-295
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced Catalytic Activity of FTO/WO_3/BiVO_4 Electrode by Gold Nanoparticle Modification for Visible Light Water Oxidation (2010)
  • Author(s): P.Chatchai, S.Kishioka, Y.Murakami, A.Y.Nosaka, Y.Nosaka
  • Journal Title: Electrochimica. Acta 55 Pages: 592-596
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 半導体光触媒に与える金微粒子担持の影響 (2010)
  • Author(s): ポンキオチャチャイ、高橋慎一郎、野坂芳雄
  • Organizer: 第29回 固体・表面光化学討論会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2010-11-25
• [Presentation] The Performances of the WO_3/BiVO_4 Photoelectrode Modified with Au Nanoparticles for Water Oxidation under Visible Light Irradiation (2010)
  • Author(s): C.Ponchio, A.Nosaka, Y.Nosaka
  • Organizer: 217th Electrochemical Society Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver(Invited)
  • Year and Date: 2010-04-27
• [Presentation] 過渡分光法による一重項酸素の検出 (2009)
  • Author(s): 濟藤拓信、野坂芳雄
  • Organizer: 第16回シンポジウム「光触媒反応の最近の展開」
  • Place of Presentation: 神奈川科学アカデミー
  • Year and Date: 2009-12-02
• [Presentation] 貴金属ナノ粒子担持によるFTO/WO_3/BiVO_4電極の可視光触媒活性の向上 (2008)
  • Author(s): フィルダウスビンハムダン、チャチャイ ポンチオ、岸岡真也、野坂芳雄;
  • Organizer: 日本化学会支部合同新潟地方大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2008-08-27