金属酸化物粉末の「同定」と精密評価を可能にする電子トラップ密度解析法の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03923
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大谷 文章 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (80176924)
• 研究分担者: 高島 舞 北海道大学, 触媒科学研究所, 助教 (10772345)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ワイドバンドギャップ / 短波長紫外線光源 / 薄膜試料

研究実績の概要

《ワイドバンドギャップ試料への対応》これまでの経験および物理の予測から，ETはバンドギャップ内の伝導帯の下（アノード側）にあると思われ，実際に大部分の分布はCBB付近に集中している．RDB-PAS法では，価電子帯からETへ励起させているため，連続光の最大エネルギーがバンドギャップ以上である必要であるが，現在の装置では約3.5 eVまでしか測定できないため，ワイドバンドギャップの試料に対応できない．さらに短波長側（最大6 eV程度）での照射が可能な分光光源を初年度に導入してワイドバンドギャップ試料への適用範囲拡大をはかった．具体的には，空気中でオゾンを発生する短波長の紫外線を出射するキセノンランプに200 nm以下の紫外線をカットする光学フィルターをとりつけ，約220 nmまでの紫外線を照射できるように改良し，5 eV程度までのバンドギャップをもつ材料にも適用できるようになった．
《高感度化＝薄膜対応》これまで粉末だけを対象としてきたが，機能性材料として金属酸化物などを利用する場合には，薄膜状に成型して使用することが多い．RDB-PASの光音響信号は光を吸収する物質（ここではETに捕捉された電子）のマスに比例するため，10μm程度以下の薄膜では信号を検出できない．そこで，（1）分光系の集光と改良により，励起光強度の増大をはかるとともに，（2）セルに取りつけるマイクロフォン部分の封止を確実にして，感度の増大をはかった結果，酸化チタンにおいて，1 μm程度の膜厚のものを測定できるようになった．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The Pennsylvania State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The Pennsylvania State University
• [国際共同研究] Northeast Normal University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Northeast Normal University
• [国際共同研究] Universitas Jember(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: Universitas Jember
• [国際共同研究] VISTEC(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: VISTEC
• [国際共同研究] Jagiellonian University(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Jagiellonian University
• [雑誌論文] Do Particles Interact Electronically－Proof of Interparticle Charge-transfer Excitation between Adjoined Anatase and Rutile Particles (2021)
  • 著者名/発表者名: Shen Yang、Nitta Akio、Takashima Mai、Ohtani Bunsho
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 ページ: 80～83
  • DOI: 10.1246/cl.200636
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cubic Cu2O nanoparticles decorated on TiO2 nanofiber heterostructure as an excellent synergistic photocatalyst for H2 production and sulfamethoxazole degradation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sekar Karthikeyan、Chuaicham Chitiphon、Vellaichamy Balakumar、Li Wei、Zhuang Wei、Lu Xiaohua、Ohtani Bunsho、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 294 ページ: 120221～120221
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120221
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Combined Spectroscopic Methods of Determination of Density of Electronic States: Comparative Analysis of Diffuse Reflectance Spectroelectrochemistry and Reversed Double-Beam Photoacoustic Spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobielusz Marcin、Nitta Akio、Macyk Wojciech、Ohtani Bunsho
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 12 ページ: 3019～3025
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c00262
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The role of the shell in core-shell-structured La-doped NaTaO3 photocatalysts (2021)
  • 著者名/発表者名: Sudrajat Hanggara、Kitta Mitsunori、Ito Ryota、Yoshida Tomoko、Katoh Ryuzi、Ohtani Bunsho、Ichikuni Nobuyuki、Onishi Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 23 ページ: 8868～8879
  • DOI: 10.1039/D1CP00375E
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Amorphous-structure Analysis: How are Surface/Bulk Structure and Activity of Titania Photocatalyst Particles Changed by Milling? (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Guangyi、Takashima Mai、Ohtani Bunsho
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 ページ: 644～648
  • DOI: 10.1246/cl.200825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A promising Zn-Ti layered double hydroxide/Fe-bearing montmorillonite composite as an efficient photocatalyst for Cr(VI) reduction: Insight into the role of Fe impurity in montmorillonite (2021)
  • 著者名/発表者名: Chuaicham Chitiphon、Xiong Yihuang、Sekar Karthikeyan、Chen Weinan、Zhang Li、Ohtani Bunsho、Dabo Ismaila、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 546 ページ: 148835～148835
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.148835
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Energy-resolved distribution of electron traps for O/S-doped carbon nitrides by reversed double-beam photoacoustic spectroscopy and the photocatalytic reduction of Cr(vi) (2020)
  • 著者名/発表者名: Chuaicham Chitiphon、Karthikeyan Sekar、Pawar Radheshyam R.、Xiong Yihuang、Dabo Ismaila、Ohtani Bunsho、Kim Yoonyoung、Song Jun Tae、Ishihara Tatsumi、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 3793～3796
  • DOI: 10.1039/C9CC09988C
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the electron energy structure of TiO2(B) and anatase photocatalysts through analysis of electron trap density (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagakawa Haruki、Ochiai Tsuyoshi、Ma He、Wang Changhua、Zhang Xintong、Shen Yang、Takashima Mai、Ohtani Bunsho、Nagata Morio
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 10 ページ: 18496～18501
  • DOI: 10.1039/d0ra02587a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Water-Splitting Activity of La-Doped NaTaO3 Photocatalysts Sensitive to Spatial Distribution of Dopants (2020)
  • 著者名/発表者名: Sudrajat Hanggara、Kitta Mitsunori、Ito Ryota、Nagai Sota、Yoshida Tomoko、Katoh Ryuzi、Ohtani Bunsho、Ichikuni Nobuyuki、Onishi Hiroshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 124 ページ: 15285～15294
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c03822
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced Solar Photothermal Catalysis over Solution Plasma Activated TiO2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yu Fei、Wang Changhua、Li Yingying、Ma He、Wang Rui、Liu Yichun、Suzuki Norihiro、Terashima Chiaki、Ohtani Bunsho、Ochiai Tsuyoshi、Fujishima Akira、Zhang Xintong
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: 7 ページ: 2000204～2000204
  • DOI: 10.1002/advs.202000204
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystallization of well-defined anatase nanoparticles in SBA-15 for the photocatalytic decomposition of acetic acid (2020)
  • 著者名/発表者名: Vibulyaseak Kasimanat (Guy)、Ohtani Bunsho、Ogawa Makoto
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 10 ページ: 32350～32356
  • DOI: 10.1039/d0ra04528d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optically Transparent Colloidal Dispersion of Titania Nanoparticles Storable for Longer than One Year Prepared by Sol/Gel Progressive Hydrolysis/Condensation (2020)
  • 著者名/発表者名: Sano Keito、Kuttassery Fazalurahman、Shimada Tetsuya、Ishida Tamao、Takagi Shinsuke、Ohtani Bunsho、Yamakata Akira、Honma Tetsuo、Tachibana Hiroshi、Inoue Haruo
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 ページ: 44743～44753
  • DOI: 10.1021/acsami.0c12951
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of ternary sepiolite/g-C3N4/Pd composites for improvement of photocatalytic degradation of ciprofloxacin under visible light irradiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Chuaicham Chitiphon、Pawar Radheshyam Rama、Karthikeyan Sekar、Ohtani Bunsho、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 577 ページ: 397～405
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2020.05.064
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Novel Approach of Efficient-Photocatalyst Design Based on Electron Trap-Distribution Analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, B.
  • 学会等名: 2020 Regional Conference of Environmental Engineering (RCENVE 2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Attempts for Identification and Detailed Characterization of Metal-oxide Powders (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, B.
  • 学会等名: Hokkaido Indonesian Student Association Webinar: Materials Chemistry for Better Future
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電子トラップ密度のエネルギー分布解析にもとづく光機能性材料の同定と精密評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大谷文章
  • 学会等名: 電気化学会第88回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Approach of Efficient-Photocatalyst Design Based On Electron Trap-distribution Analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, B.
  • 学会等名: Pacific-Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science (PRiME2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Design, Preparation and Detailed Characterization of Photocatalysts Based on Energy-resolved Distribution of Electron Traps (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, B.
  • 学会等名: Symposium on Photocatalyst and Photocatalysis (Symphosis 2020)
  • 国際学会 / 招待講演