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2022 年度 実績報告書

光触媒の欠陥状態と光触媒反応機構を解明する新規光音響解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J23117
研究機関九州工業大学

研究代表者

篠田 樹  九州工業大学, 生命体工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワード光触媒 / 赤外光音響分光 / 欠陥準位 / トラップ電子 / 酸化チタン(IV) / エネルギー変換型光触媒
研究実績の概要

前年度までに,赤外光音響分光法を用いて,酸化チタン(IV)や金属ドープ酸化物などの様々な半導体光触媒粒子中の電子トラップサイトのエネルギー分布と機能を明らかにしてきた.今年度は,ボールミル処理によって光触媒粒子に形成された欠陥に着目した.ボールミル処理は光触媒の微粒子化や複合化を行うための容易な手法である.赤外光音響分光法をボールミル処理したルチル型酸化チタン(IV)に適用することで,ルチル特有の欠陥準位(伝導帯下端から約1 eV)に加え,ボールミル処理により非常に深い欠陥準位(伝導帯下端から約1.7 eV)が形成されることを明らかにした.ボールミル処理した試料の光触媒活性を試験したところ,ボールミル処理前に比べ,活性の劇的な低下が確認された.このことから,ボールミル処理したルチル型酸化チタン(IV)の光触媒活性因子はボールミル由来の非常に深い欠陥準位であることを見出した.この成果は,今年度学術論文誌に投稿し,J. Phys. Chem. C誌に掲載された.
前年度に開発した液相中で測定可能な赤外光音響分光装置を用いて,液相中における光触媒粒子中のトラップ電子の蓄積・放出過程を追跡した.赤外光音響分光法をアナタース型酸化チタン(IV)に適用し,酸化チタン(IV)中にトラップ電子を蓄積させた後,電子アクセプタを系内に添加した.鉄(III)イオンや過酸化水素などの様々な電子アクセプタ添加に伴うトラップ電子の減衰挙動を解析することにより,トラップ電子の反応性は主に欠陥準位と電子アクセプタの酸化還元電位とのエネルギー差に依存することを見出した.この成果は,今年度学術論文誌に投稿し,Chem. Lett.誌に掲載された.結晶構造の異なるルチル型・ブルッカイト型の酸化チタン(IV),酸化タングステン(VI)についても,同様に液相系光触媒反応場におけるトラップ電子の挙動解析に成功した.

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Photoacoustic Infrared Analysis of the Reactivity of Electrons Accumulated in Titanium(IV) Oxide Particles Under a Liquid-phase Photocatalytic Condition2023

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

      Chemistry Letters

      巻: 52 ページ: 13-16

    • DOI

      10.1246/cl.220442

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoacoustic Spectroscopic Analysis of Electron-Trapping Sites in Titanium(IV) Oxide Photocatalyst Powder Treated by Ball Milling2022

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Shinoda, Yuichi Yamaguchi, Akihiko Kudo, Naoya Murakami
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 126 ページ: 20975-20982

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c07064

    • 査読あり
  • [学会発表] 液相系光触媒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2022

    • 著者名/発表者名
      篠田 樹,村上 直也
    • 学会等名
      第130回触媒討論会
  • [学会発表] Photoacoustic infrared spectroscopic analysis of energy levels and accumulation process of trapped electrons in titanium(IV) oxide photocatalyst particles2022

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Shinoda, Naoya Murakami
    • 学会等名
      The 9th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT9)
    • 国際学会
  • [備考] 九州工業大学 村上研究室 研究業績

    • URL

      http://www.life.kyutech.ac.jp/~murakami/publication.html

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公開日: 2023-12-25  

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