2021 Fiscal Year Research-status Report
Observation of carrier dynamics in powder photocatalysts under magnetic field and its application
| Project/Area Number |
20K15386
|
|---|
| Research Institution | Toyota Technological Institute |
|---|
Principal Investigator |
加藤 康作 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), ポストドクトラル研究員 (40751087)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | キャリアダイナミクス / 光触媒 / 過渡吸収分光 / 磁場 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒粉末のキャリアダイナミクスへ磁場が与える影響を調べ，得られた知見を活かして光触媒の活性をさらに向上させることを目指して研究を行っている．2021年度は光触媒に磁場を印加しながら光励起キャリアの挙動を観測できる過渡吸収分光装置を製作し，これを用いた測定を行った．
作製した装置は次のような構成である：光触媒粉末試料はCaF2基板上に塗布し，電磁石のギャップ間に設置したガスセル中に保持する．電磁石のポールピースに磁場の向きと平行に開けた穴から，試料を励起するための波長355nmの紫外光ナノ秒パルスと，励起された光キャリアを観測するための中赤外光を試料へ入射する．試料を透過した中赤外光は分光器で単色化してからMCTで検出し，紫外光照射による透過強度変化をオシロスコープで観測する．
この装置を用い，酸化チタンの粉末(日本参照触媒JRC-TIO-13)について，自由電子に帰属される中赤外域の過渡吸収を調べた．試料を圧力20Torrの窒素ガス中に保持してパルスエネルギー0.5mJの紫外励起光を照射し，2400cm-1における過渡吸収を0.65Tの磁場の印加有り無しで比較したが，有意な影響を観測することはできなかった．また，窒素ガスの代わりに酸素ガスやメタノール蒸気を導入し，光触媒から分子への電子の移動過程を調べたが，やはり磁場の印加の有無による有意な違いは見られなかった．このことから，今回用いた酸化チタン光触媒粉末については光キャリアの光触媒中や分子移動過程に対する磁場の影響は小さいと考えられる．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度のセットアップでは試料に印加できる磁場強度が不足していたため，2021年度はより強い磁場を印加できるような電磁石を導入し，またその狭いギャップ内で使用できるガスセルの作製も行った．これを分光装置に組み込むことで，当初想定していた測定を行うことが可能になった．しかし，これまでの測定ではキャリアダイナミクスの磁場の印加による有意な変化を検出するに至っていない．
|
| Strategy for Future Research Activity |
装置のS/Nを向上させるために，中赤外光の光路の最適化や検出系の改良などを行いたい.また，分子が電荷を受け取った後に起きる一連の反応が磁場によって変化する可能性もあると考えられるので，これを観測するための方法を検討する．
|
| Causes of Carryover |
2022年度より所属する研究室が移動することになり，これに伴う装置の移設作業のために一部の測定が行えなかったので，本研究の期間を１年延長することにした．この次年度使用額は移動先での測定装置の改良に使用する計画である．
|
