2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25248006
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松本 吉泰 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70181790)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
星 永宏 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30238729)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 顕微分光 / 誘導ラマン散乱 / 過渡吸収 / 光触媒 / 酸化還元反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下のような点を中心に研究を行なった。
1. 顕微誘導ラマン散乱分光装置の整備。昨年度購入した高繰り返しピコ秒波長可変OPOシステムを光源とし、誘導ラマン散乱の観察と顕微鏡との組み合わせによる顕微分光装置の立ち上げを行なった。690 ～ 990 nm の光を励起光とし、1064 nmの光をストークス光としてEO変調器により約2 MHzで変調し、この変調周波数に同期した信号をもとに誘導ラマン散乱スペクトルを測定した。対象としてはシクロヘキサンを用いた。その結果、比較的S/N比のよいスペクトルを得ることができた。しかし、検出感度はまだ低く、固体表面に吸着した分子のラマン散乱を得るにはさらなる改良が必要であることが判明した。また、顕微鏡を組み込み、光を2つのガルバノミラーで掃引する方法と試料ステージを自動掃引する方法により顕微像を得ることを確認した。安定性を考慮すると後者の方法がより優れていることがわかった。
2. 顕微過渡吸収測定による光触媒反応の単粒子測定: 可視光応答型の光触媒であるバナジン酸ビスマスを水中に分散させたものを顕微観測することにより一粒子毎の過渡吸収の時間プロフィールを測定することに成功した。この光触媒は主にマイクロメータ程度のサイズの微結晶が凝集しているものと、単結晶粒子のまま存在するものが混在している。そこで、527 nmのナノ秒パルス光を励起光とし、生成した正孔を633 nmでプローブすることにより、単粒子ごとの過渡吸収を測定した。その結果、単粒子での電荷再結合は凝集粒子にくらべてかなり迅速に起きること、また、凝集粒子においてはそのサイズが大きくなる程、電荷再結合速度が遅くなり、より長寿命の正孔が存在することを明かにした。さらに、Fe3+を水中に導入することにより、この還元反応速度の粒子依存性を検討した。その結果、正孔の寿命がより長い、大きな凝集粒子ほど還元能が高いことを明かにすることができた。
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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
誘導ラマン散乱分光に関しては、装置の立ち上げが基本的には完了し、これを顕微鏡と組み合わせることにより顕微分光が可能となった。しかし、まだその検出感度には問題があり、今後の改良が必要である。
一方、顕微分光から派生して、一粒子ごとの過渡吸収測定方法を開拓し、光触媒における電荷ダイナミックス、および酸化還元反応の単粒子測定に初めて成功した。従来の研究ではすべて粒子の集団を研究対象としていたが、本研究によって単粒子ごとの一粒子観測が可能となったのは大きな進展である。この結果、粒子サイズや凝集状態に応じて、電荷再結合ダイナミックスや酸化還元反応速度が大きく異なることが明かになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 誘導ラマン散乱分光に関しては、装置の改良を重ね、吸着種よりは光触媒表面のフォノンモードを対象として顕微分光を行ない、光励起によりフォノンモードがどのように変化するかに注目して研究を発展させる。
2. 顕微過渡吸収分光に関しては、バナジン酸ビスマス、およびそれ以外の光触媒(チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウムなど)に対象を広げて観測を行なう。特に、現在まで得られているバナジン酸ビスマスに関する過渡吸収のデータをもとに、これがチタン酸ストロンチウムとの会合により、電荷ダイナミックスや反応性がどのように変化するかについて明かにすることにより、粒子間の電荷移動の効果の一粒子観測を行なう。このことにより、より効果的な粒子間電荷移動に必要とされている条件を明かにする。
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