2023 Fiscal Year Research-status Report
光触媒活性サイトその場分析法開発に関する国際共同研究
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20KK0116
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
吉田 朋子 大阪公立大学, 人工光合成研究センター, 教授 (90283415)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東 正信 大阪公立大学, 人工光合成研究センター, 特任准教授 (10711799)
山本 旭 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (30769443)
山本 宗昭 大阪公立大学, 人工光合成研究センター, 特任助教 (50823712)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | XAFS / EELS / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
透過型電子顕微鏡を用いて得られる電子エネルギー損失分光スペクトル（Electron Energy Loss Spectroscopy : EELS）の中のエネルギー損失吸収端微細構造（Energy Loss Near Edge Structure: ELNES）はXANESと同様の情報を与える．この特質に着目し，今年度はELNESを半導体光触媒（金属酸化物触媒）に添加した不純物元素の化学状態解析に応用した．Padova大学が得意とするイオン注入法を用いて，紫外光照射下でのみ触媒機能を発現する金属酸化物光触媒に対して，Nなどの各種アニオンを添加し可視光応答化（可視光照射下でも触媒機能を発現させること）を試みた．具体的には，添加したアニオン種を対象としたELNESスペクトルを測定することで，可視光応答化したアニオン種（活性種）と応答化しなかったアニオン種（不活性種）の化学状態をそれぞれ同定することに成功した．更にXANESスペクトルを利用した定量的化学状態解析法をELNESスペクトルにも応用することで，活性種と不活性種に由来するELNESスペクトルを分離抽出し，これを用いて活性種及び不活性種の金属酸化物光触媒中での空間分布を得ることが可能になった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度もイタリア側チームと連携をとりながら効率よく研究を進めた．イタリア側はイオンビーム照射による半導体光触媒への不純物元素の添加を担当し，日本側は，若手研究者を中心に電子顕微鏡を用いたEELS測定に着手し，エネルギー分解能の違いはあるもののEELSはXAFSと同等の微細構造を有するスペクトルを与えること，即ち，測定の基本コンセプトを確認した．これを踏まえて，金属酸化物光触媒に対してイオン注入法により光触媒表面に窒素などのアニオン種を添加し，このアニオン種を対象としたELNESスペクトルと表面敏感測定法により取得したXANESスペクトルの比較と化学状態解析をイタリア側と日本側が議論しながら効率的に進めることができたことから，概ね順調に実施できていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン注入法の特徴を積極的に利用すると，光触媒に添加する不純物イオンの加速エネルギーを制御することで，光触媒中の目的とする深さ領域に，濃度勾配をつけて中に有することができる．このことから今後の研究においては，可視光照射下での触媒反応活性と，不純物イオンの化学状態や濃度を比較することによって，可視光応答化などの機能を発現させるうえでの最適な不純物イオン濃度や，最適な添加深さ領域に関する知見を得ることを考えている．その際に，イタリア側が得意とする不純物イオンの深さや濃度分布シミュレーション技術も導入し，実験結果に対する理論的解釈も進めたい．
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| Causes of Carryover |
2023年度もコロナウイルスによる影響と物資不足で物品納品が遅れた。このため次年度に有効に利用する方が研究目的を達成できると考えたため
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