| 研究課題/領域番号 |
20H02699
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
加藤 隆二 日本大学, 工学部, 教授 (60204509)
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| 研究分担者 |
四方 潤一 日本大学, 工学部, 教授 (50302237)
関 和彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (60344115)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | 光触媒 / 酸化チタン / 過渡吸収 / 電荷再結合速度 / 電荷再結合 / マイクロ波 / テラヘルツ / 過渡吸収分光 / 非接触光伝導計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽光を直接エネルギーに変換する技術は人類の持続的発展のために欠かすことのできない技術である。最も有望な材料である固体光触媒では、光によって電荷（正孔と電子）が生成され、これらが適切に酸化・還元反応を起こすことでエネルギー生産を実現している。残念ながらまだ効率は十分ではなく、反応機構の解明が課題となっている。
本研究は代表的な光触媒材料である酸化チタンの電荷再結合反応について、新たに開発する多波長過渡吸収分光法とダブルパルス脱トラップ過渡吸収法によって徹底的に解析することで実用光触媒材料における反応物理化学を確立する。これは光エネルギー変換技術の実現に向けた大きな一歩となる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では酸化チタン光触媒の電荷再結合速度の信頼できる評価を行った。信頼できる計測を行うため、超高感度過渡吸収分光計を開発し、世界最高レベルの感度を達成した。これによりこれまでよりも1/100低い励起光強度での計測を実現した。また電荷再結合速度が酸素の影響を大きく受けることを見出し、表面電荷の分布の違いによる説明を行った。さらに過渡吸収と相補的な結果を得ることができる発光測定を注意深く行い、非常に低い量子収率の絶対値の見積もりに成功した。また発光スペクトルは数種類の励起子の発光の重ね合わせであることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で対象としている酸化チタンは、代表的な光触媒材料であり、現在精力的に研究が進められている多くの新材料の基本材料として認識され利用されている。酸化チタンの電荷再結合については研究者によって異なる結果が示されていることなどがあり、未解明の問題が多く残されていた。本研究では超高感度過渡吸収分光計を開発し、非常に弱い光励起下での信頼性の高い測定結果を得ることができた。また、酸素の存在によって電荷再結合速度が大きく影響を受けることを見出し、研究者間の矛盾した結果をある程度合理的に説明することができた。
また、開発した超高感度過渡吸収分光計は多くの反応系において新しい研究を展開できるツールとなる。
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