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二重励起赤外光音響分光法による酸化チタン光触媒微粒子の欠陥準位の解析

研究課題

研究課題/領域番号 17K06019
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 無機工業材料
研究機関九州工業大学

研究代表者

村上 直也  九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10452822)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワード光音響 / 酸化チタン(IV) / 半導体粒子 / 光触媒 / 電子トラップ / 光音響分光法 / 酸化チタン / 半導体微粒子
研究成果の概要

半導体微粒子中の欠陥に由来するエネルギー準位は,キャリアの捕獲確率や表面における反応特性を決定するため,光触媒の反応特性を左右する因子の一つである.本研究では,捕獲キャリアの励起に由来する赤外吸収を,光音響分光を用いて計測することにより,きわめて簡便にかつ光触媒反応場に近い条件下で,欠陥のエネルギー準位の解析を行った.様々な酸化チタン(IV)(TiO2)粒子について測定を行ったところ,トラップ電子のエネルギー分布はTiO2の種類によって変わり,特に結晶構造(アナタース型,ルチル型,ブルッカイト型)に大きな影響を受けることが明らかになった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来,粒子の赤外分光によく用いられる全反射測定法では,観測領域や測定できる粒子サイズなどの制限があり,多様な試料・条件で測定を行うには限界があった.一方で,本研究の赤外光音響分光法は試料の制限が少なく,幅広い試料に対応することができ,粒子内部のバルクの情報も抽出できるため,新たな知見が得られるとともに系統的な解析が可能である.光触媒の研究においてはこれまで半導体粒子中の欠陥の量のみが評価・議論されてきたが,本研究によりエネルギー準位の分布も解析可能になることで,水分解による水素製造や二酸化炭素の資源化を可能にするようなエネルギー変換型の光触媒材料の設計にも役立つと考えられる.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Photoacoustic Fourier Transform Near- and Mid-Infrared Spectroscopy for Measurement of Energy Levels of Electron Trapping Sites in Titanium(IV) Oxide Photocatalyst Powders2019

    • 著者名/発表者名
      Shinoda Tatsuki、Murakami Naoya
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 号: 19 ページ: 12169-12175

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b02876

    • NAID

      120006841299

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operando Analysis of Electron Accumulation in Titanium(IV) Oxide Particles in an Aqueous Suspension Using a Photoacoustic Spectroscopic Method2018

    • 著者名/発表者名
      Murakami Naoya、Shinoda Tatsuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 号: 1 ページ: 222-226

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b10566

    • NAID

      120006840109

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mid-infrared absorption of trapped electrons in titanium(iv) oxide particles using a photoacoustic FTIR technique2018

    • 著者名/発表者名
      Murakami Naoya、Shinoda Tatsuki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 号: 38 ページ: 24519-24522

    • DOI

      10.1039/c8cp04885a

    • NAID

      120006840100

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ボールミル処理した酸化チタン(IV)光触媒粉末における欠陥生成の光音響分光解析2020

    • 著者名/発表者名
      篠田樹,村上直也,渡邊健太,山口友一,工藤昭彦
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会(2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ロジウムドープチタン酸ストロンチウム光触媒の欠陥準位の光音響解析2019

    • 著者名/発表者名
      篠田樹,村上直也,渡邊健太,工藤昭彦
    • 学会等名
      第38回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光音響分光法による遷移金属ドープSrTiO3光触媒の欠陥準位と電子挙動の解析2019

    • 著者名/発表者名
      篠田樹,村上直也,渡邊健太,工藤昭彦
    • 学会等名
      第124回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 懸濁系反応場における酸化チタン(IV)中の電子蓄積・放出挙動の光音響解析2019

    • 著者名/発表者名
      村上直也,篠田樹
    • 学会等名
      第124回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Photoacoustic Spectroscopic Analysis of In-Gap States of Rhodium-Doped Strontium Titanate Treated by Ball Milling2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Shinoda, Naoya Murakami, Kenta Watanabe, Akihiko Kudo
    • 学会等名
      The 3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3) / International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019), Hiroshima Convention Hall, Hiroshima
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光音響効果を利用した多孔質酸化タングステン(VI)光電極の「真の」量子効率測定2018

    • 著者名/発表者名
      奥園啓太,村上直也
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸化チタン(IV)光触媒粉末における欠陥分布の結晶構造依存性2018

    • 著者名/発表者名
      篠田樹,村上直也
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 光触媒半導体電極の光吸収と光電流の同時測定法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡部亮,村上直也
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 二酸化チタン粉末の欠陥準位に由来する赤外吸収の光音響解析2018

    • 著者名/発表者名
      篠田樹,村上直也
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 半導体光電極の光吸収と光電流の同時測定法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡部亮,村上直也
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 二重励起赤外光音響分光法による二酸化チタンの欠陥準位の解析2018

    • 著者名/発表者名
      篠田樹、村上直也
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会(2018)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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