2011 Fiscal Year Annual Research Report
アナターゼ型二酸化チタン表面へのカルボン酸吸着構造の解明
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22560021
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
下村 勝 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (20292279)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 健司 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (30182091)
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| Keywords | 色素増感太陽電 / 酸化チタン / アナターゼ / 走査トンネル顕微鏡 / X線光電子分光 |
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| Research Abstract |
色素増感太陽電池は、アナターゼ型二酸化チタンの表面にカルボキシル基を有する色素が吸着する構造を持つ。本研究では、二酸化チタンの単結晶及びナノ多孔質結晶の表面に、どのようにカルボキシル基を有する単純な分子(カルボン酸)が吸着しているのかを0.01nmスケールで明らかにすることを目的としている。本年度はTiO2(101)単結晶表面の走査トンネル顕微鏡(STM)観察から開始した。しかしながら、計測中に探針先端がTiO2表面と接触して破損する現象が続いており、未だ原子分解能のSTM像が得られていない。現在、カーボンナノチューブ(CNT)を先端に取り付けた探針を作製すべく、準備を進めている。ごく最近、共同研究者によって、色素増感太陽電池にピロリジンジチオカルバミド酸(PDTC)を添加すると変換効率が改善されるという研究結果が得られた。そこで、PDTCをTiO2ナノ粒子の焼結基板に供給し、X線光電子分光(XPS)を使用してPDTCに含まれる硫黄の吸着構造を調べた。その結果、PDTC分子内に含まれる2つの硫黄原子は吸着前には明らかに2種類の異なる化学環境にあったものが、TiO2への吸着後に同一の環境へ変化することが分かった。これより、PDTCは硫黄のbidentate型吸着構造をしていると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の目標はカルボン酸の吸着構造を走査トンネル顕微鏡によって明らかにすることであったが、研究を遂行したところ、アナターゼ単結晶の原子分解能の顕微鏡像を得ることが予想以上に難しいことが判明した。このため、当初の目的達成という観点から、やや遅れているという評価をした。しかし、当初は予想していなかった、硫黄化合物の吸着によって太陽電池特性が大幅に改善するという非常に興味深い現象を見いだした。そして、現在はそちらの研究に主眼をおいて研究を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究結果により、アナターゼ表面への硫黄化合物吸着によって、太陽電池を形成した際の電流値が大幅に上昇することを見いだした。現在は硫黄の化学結合状態についてX線光電子分光を用いて詳しく調べている。今後も、いくつかの硫黄化合物を用いて、表面に分子状に吸着しているのか、または分解して結晶中に取り込まれているのかなど、詳しい解析を行う予定である。
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