カーボンナノチューブの半導体光触媒担特体への応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750859
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 篠田 弘造 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10311549)
• Keywords: 化合物半導体 / 光触媒 / エネルギー変換 / カーボンナノチューブ / 電子状態 / X線分光

Research Abstract

本研究は、カーボンナノチューブがもつ特異な電子伝導特性を利用して、硫化物半導体の光触媒反応における電子授受効率を向上させることを目的としている。水溶液での化学反応を利用した硫化亜鉛半導体微粒子のカーボンナノチューブ表面への析出を行い、得られた試料に対して光触媒特性の評価およびX線分光を用いた構造解析・電子状態評価を実施した。
多層ナノチューブを担持体とした場合は、若干の光触媒特性向上がみられ、X線の吸収スペクトルからZnK特性吸収端の位置が高エネルギー側にシフトしているという興味深い結果が得られた。これはナノチューブ上に析出させることによって硫化亜鉛内にバルクとは異なる電子状態が生じ、これが硫化亜鉛の半導体特性を変化させる効果となって現れているものと期待される。現時点ではナノチューブ表面に担持されたものと共に、相当量の非担持硫化亜鉛も試料中に混入しているため詳細な検討が困難となっており、硫化亜鉛担持ナノチューブを単離、あるいは選択的な固体基板上への固定などが必要と考えている。
単層ナノチューブを用いる場合には、通常複数のチューブが束になりバンドル構造を形成しているため、その表面への硫化亜鉛担持は多層チューブを用いる場合に比べ困難となる。超音波ホモジナイザーを利用してこの束をほぐすことを試みているが、未だ最適条件を得るには至っていない。しかし、前処理として空気中での適度な加熱を行うことによりバンドル表面層のチューブが一部切断あるいは欠陥を生ずるようになることが分かった。こうしてできた切断面や欠陥では、電子の局在化などが期待でき、ここに硫化亜鉛を析出させればさらに良好な電子授受や伝導への効果が得られる可能性が考えられる。平成14年度では、このナノチューブの表面改質プロセスについても検討し、更なる光触媒活性向上を目指す所存である。

Research Products

• [Publications] K.Shinoda: "Local Structure and Photocatalytic Property in ZnS Cluster Films"Proc. Int. Symp. On Cluster Assembled Mater., IPAP Conf. Series 3. 71-74 (2001)
• [Publications] K.Shinoda: "Local Quantum Structure and Photocatalytic Property in ZnS Films"Proc. 4th Pacific Rim Int. Conf. on Advanced Materials and Processing. 631-634 (2001)