2017 Fiscal Year Annual Research Report
Reaction Dynamics on the Liquid/Solid "Soft" Interface
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
16H00852
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
山方 啓 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60321915)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 時間分解赤外分光 / 光電極反応 / 電荷分離 / キャリアーダイナミクス / 酸化チタン電極 / 固液界面反応 / 水の酸化反応 / 反応中間体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化チタン電極に紫外光レーザーパルスを照射して可視から近赤外域の過渡吸収スペクトルを測定するとトラップ電子と正孔の減衰過程を調べることができる。そこで、本研究では、酸化チタン電極に電位を印加しながら光励起キャリアーの挙動を調べた。その結果、正電位を印加してレーザーパルスを照射すると、光励起されて生成したキャリアーの寿命が長くなる様子が観測された。この結果は正電位の印加によってn型半導体と水の界面に形成された上向きのバンドベンディングが大きくなり、電荷分離が促進されたためである。一方、中赤外域の時間分解スペクトルには、伝導帯に励起された自由電子による吸収の他に、水分子の構造変化による吸収変化が観察された。水の酸化反応が進行する電位で酸化チタンのバンドギャップを励起すると、水素結合した水に帰属される吸収（3350 cm-1と3120 cm-1）が減少した。この減少量は水の分解反応がより進行しやすい正電位にすればするほどが増加することから、水分子の酸化反応によるものと考えることができる。一方、水の酸化が定常的に進行する電位よりもわずかに低い電位では、3620 cm-1に水素結合していない水に帰属される吸収が観測された。この水素結合していない水の吸収の出現は、酸化チタンのバンドギャップを励起すると電極界面における水素結合ネットワークが切断されることを意味している。従来、酸化チタンに光を照射すると超親水性が発現されるので界面の水素結合ネットワークは強くなると考えられてきた。しかし、水の酸化反応が進行する際には、水分子に正孔が移動して生成するOHラジカルやH2O2などの反応中間体との相互作用により、界面の水素結合ネットワークは逆に弱くなることを、時間分解赤外分光観察によりはじめて明らかにした。
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| Research Progress Status |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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