Enhancement of photocatalytic activity by utilizing mesopore-driven crystal lattice distortion

本研究では、メソ細孔がもたらす結晶格子歪みを活用して細孔骨格内に電位勾配ならびに自発分極を誘発し、電子ー正孔対の解離ならびに光キャリア移動を促進することで、光触媒活性を向上させることを目的としている。はじめに、アナターゼ型の疑似単結晶骨格を有するメソ多孔性酸化チタン薄膜と、最表面に露出している結晶方位面が等しい無孔性単結晶を準備し、それぞれの光触媒活性をメチレンブルー(MB)の分解試験より評価した。光触媒反応により分解したMB量を暗状態でのMB吸着量で規格化したところ、メソ多孔性薄膜は無孔性単結晶より優れた光触媒活性を示した。このことから、メソ細孔の導入により反応面積の増加以上の効果がもたらされていることが明らかとなった。次いで、実際にメソ多孔性薄膜に結晶格子歪みがもたらされているか調べるため、薄膜XRD測定より格子定数を算出した。その結果、多孔体化によりa軸、b軸方向には0.16%の引張歪み、c軸方向には0.57%の圧縮歪みがもたらされていることが明らかとなった。その一方で第一原理計算より、アナターゼ型酸化チタンの結晶格子をこのように歪ませても、自発分極は誘発されないと算出された。

本研究では、メソ細孔がもたらす結晶格子歪みを活用して細孔骨格内に電位勾配ならびに自発分極を誘発し、電子ー正孔対の解離ならびに光キャリア移動を促進することで、光触媒活性を向上させることを目的としている。はじめに、アナターゼ型の疑似単結晶骨格を有するメソ多孔性酸化チタン薄膜と、最表面に露出している結晶方位面が等しい無孔性単結晶を準備し、それぞれの光触媒活性をメチレンブルー(MB)の分解試験より評価した。光触媒反応により分解したMB量を暗状態でのMB吸着量で規格化したところ、メソ多孔性薄膜は無孔性単結晶より優れた光触媒活性を示した。このことから、メソ細孔の導入により反応面積の増加以上の効果がもたらされていることが明らかとなった。次いで、実際にメソ多孔性薄膜に結晶格子歪みがもたらされているか調べるため、薄膜XRD測定より格子定数を算出した。その結果、多孔体化によりa軸、b軸方向には0.16%の引張歪み、c軸方向には0.57%の圧縮歪みがもたらされていることが明らかとなった。その一方で第一原理計算より、アナターゼ型酸化チタンの結晶格子をこのように歪ませても、自発分極は誘発されないと算出された。