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

2019 年度 研究成果報告書

• 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
• キーワード: 光音響 / 酸化チタン(IV) / 半導体粒子

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．

自由記述の分野

光触媒

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．