Space application of GaN photocatalyst

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宇宙で使うことのできる光触媒としては、酸化物は不適当である。これは、反応中に酸化物中の酸素が消費されることによって酸素空孔による欠陥準位が生じ、欠陥準位を介した電子―正孔再結合が促進され光触媒反応が停止してしまうことによる。実際、二酸化チタン（TiO2）や酸化ジルコニウム（ZrO2）は真空中では約２日で光触媒活性を失った。一方、酸素を含まない窒化物光触媒は失活しない可能性がある。そこで、窒化物光触媒として、結晶性の比較的良好な薄膜が得られやすいGaNとAlNを選び、第一段階としてこれらの光触媒の大気中での光触媒活性を評価した。GaN光触媒による水の分解については多くの報告があるが、有機物質の分解に関する報告はほとんどない。そこで、GaNとAlNをサファイア基板上に成長させた薄膜光触媒を使い、その上にメチルレッドをスピンコート法で塗布し、大気中で重水素ランプからのUV光を照射して、照射前後の吸光度スペクトルを分光光度計で測定した。メチルレッドの吸収ピークの最大値を求め、その吸光度をUV光照射時間に対してプロットし、吸光度が照射時間に対して線形的に減少すると仮定して、その傾きから分解速度を求めた。その結果、GaNの場合の分解速度は0.0033(h^-1)で、一方AlNの場合の分解速度は0.0055(h^-1)となり、AlNの方がGaNより分解速度が大きいことがわかった。重水素ランプからのUV光は連続スペクトルを持つため、UV光の吸収率はAlNよりGaNの方が大きいと思われる。にも拘わらずAlNの方が分解速度が大きい理由として、（１）AlNの酸化力がGaNより大きい（正孔エネルギー換算で約2eV大きい）、（２）GaN薄膜に欠陥が多く結晶性が悪い、その結果、光励起された電子と正孔の再結合確率がGaN薄膜の方で大きく、量子効率が小さい、という可能性が考えられる。