| 研究課題/領域番号 |
21H01805
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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29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
小澤 健一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (00282822)
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| 研究分担者 |
山田 洋一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20435598)
相浦 義弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (80356328)
間瀬 一彦 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (40241244)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | キャリアフロー / 顕微測定 / 軟X線分光 / 可視化 / 多量変数解析 / 光触媒 / 光電子分光 / エネルギー準位接続 / 多変量解析 / バンド傾斜 / 顕微分光 / 主成分分析 / 表面物性の可視化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，光吸収により光触媒表面に発生する光励起キャリアの表面内の流れ（フロー）を，表面の電子構造を人工的に改変することで制御し，高い光触媒活性が発現する仕組みを明らかにする。キャリアフローや活性の評価はマイクロメートルの空間分解能を持つ顕微電子分光により行い，光触媒活性と電子構造，元素組成，分子吸着活性の表面分布を可視化し，多量変数解析によりこれらの相関を取ることで活性発現機構の解明につなげる。
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| 研究成果の概要 |
光触媒である二酸化チタンの結晶表面に，表面平行方向のバンド傾斜を導入して光励起キャリアのフローを制御することで光触媒の高活性化を狙った研究である。表面電子構造の評価と局所的な光触媒活性の評価は，マイクロ集光した軟X線放射光ビームを使った顕微分光測定により行った。結晶表面にバンド傾斜を導入する方法として最も効果的だったのが，二酸化チタンのアナターゼ相とルチル相の接合をアナターゼ結晶表面上に作ることであった。そしてこの接合領域では，バンド傾斜のない領域に比べて光触媒活性が有意に高くなっていることを明らかにした。バンド傾斜によるキャリアフロー制御が，光触媒活性化に結び付いていることを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
二酸化チタンの光触媒活性は，アナターゼ結晶とルチル結晶が混晶を作った時に高くなることが知られている。二相でエネルギー準位が異なるため相界面で不連続的なエネルギー準位接続あり，それが光励起キャリアを効率的に分離させて高活性化に寄与しているとするモデルが提案され受け入れられてきた。本研究は，界面でのエネルギー準位接続を実験的に決定し，界面の光触媒活性を他の領域と区別して評価した初めての例であり，学術的に意義のある成果である。一方，光励起キャリアのフロー制御は，光触媒の高活性化だけにとどまらず，太陽電池の変換効率の向上にも応用可能な技術であり，再生可能エネルギーの利用効率化に寄与できる。
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