| 研究実績の概要 |
半導体光触媒を用いた水の分解反応は、光エネルギーを貯蔵可能な化学エネルギーへと直接的に変換可能な手法として注目を集めている。半導体光触媒による水の分解反応は、多くの場合半導体光触媒表面に助触媒とよばれる金属や金属酸化物の微粒子を担持させることによって飛躍的に促進される。これは、助触媒が電子と正孔の再結合を防ぐ効果と反応場を作る効果をもたらすことによる。本研究では半導体光触媒表面に担持した助触媒の、光励起した際の構造や電子状態の変化を可視化するために、時間分解型X線ビームステーションを用いた助触媒担持半導体光触媒への時間分解XAFS測定を行った。これにより光励起時の、助触媒の化学状態や構造状態の変化観測を試みた。
実験としては、助触媒としてIrの酸化物種、可視光応答をする半導体光触媒としてN,F共ドープTiO2 (TiO2;N,F)を用いて、Ir酸化物担持TiO2;N,Fを調製した。調製した試料について、水の酸化反応に対する光触媒活性を調べた結果、Irの酸化物種は光触媒的な水の酸化反応の助触媒として働いていることを確認した。このような試料について、光触媒表面に担持されたIrの酸化物種の、光照射後の電子状態を調べるために、研究実施に合わせて申請したPF-AR NW14Aを用いた実験課題(2022G021)の中でポンププローブ型時間分解XAFS測定を行った。結果として、光照射に伴いIr種が酸化され、Ir内に正孔が生成していることが示唆された。本研究により、時間分解XAFS測定は、半導体に担持された助触媒に励起子が移る様子を直接観測できるための有力な手法であることが示された。
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