| 研究実績の概要 |
金属元素（Ca, Sr, Ba, Laなど）を適切にドーピングしたタンタル酸塩ペロブスカイト（NaTaO3, KTaO3など）は世界最高活性の水分解光触媒となる。研究代表者らは（1）ドーピングによる電子-正孔再結合の抑制が活性向上の主要因であること（2）ペロブスカイト格子のB-site置換が再結合抑制の鍵となることをみいだしてきた。
本研究では再結合抑制メカニズム解明の基礎としてドーピング元素の3D構造を解析する。平成27年度は（1）蛍光X線ホログラム解析の対象となる金属ドーピングNaTaO3単結晶膜を合成するとともに（2）NaTaO3光触媒微粒子をエッチングしてドーピング元素濃度の断面分布と再結合抑制の関係を解析した。
研究項目（1）SrTiO3（格子定数0.391 nm）単結晶をテンプレートとしてKTaO3（同0.399 nm）エピタキシャル膜を水熱合成した既報にならって、SrTiO3およびLaAlO3（同0.379 nm）の(100)単結晶基板上にKTaO3膜とNaTaO3（同0.393 nm）膜を合成した。格子整合性の高いSrTiO3を基板としたとき正しい組成（NaまたはK:Taがおよそ1:1）の膜が得られた。ホログラム測定に際してSrTiO3基板からの蛍光X線が妨害とならぬように、ドーピング元素をBaに絞って合成条件を検討した。
研究項目（2）固相合成法によってSr（5 mol%）をドーピングしたNaTaO3光触媒微粒子をHF水溶液でエッチングした。蛍光X線とX線光電子分光で測定したSr濃度がエッチング時間に対して不連続に減少したことから、Sr濃度と結晶構造が異なるシェル（厚さ数 nm）がコアを覆う断面構造を結論した。赤外吸収分光で定量した光励起電子量はSrドーピングによって130倍に増え、エッチングによってシェルを除去するとさらに40%増大した。
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