光生成キャリアのダイナミクスを制御した高活性な可視光応答型光触媒の創出

创建具有受控光生载流子动力学的高活性可见光响应光催化剂

• 批准号: 18J13946
• 负责人: 西山 尚登
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13946/
• 关键词: 可視光応答型光触媒; 金属イオンドープ; 酸化チタン

本研究では、酸化チタンにドープした金属イオンの原子価状態を制御して、光生成ホール－電子対(光生成キャリア)のトラップサイトを空間的に分離させて、再結合を抑制し、高活性な光触媒の創出を目指している。ドープした金属イオンの原子価状態を制御(Ptイオン: Pt(II)/Pt(IV); Crイオン: Cr(VI)/Cr(III))でき、それらの比率が、水中の難分解性有機物である4-クロロフェノールの分解効率に大きく影響することは既にわかっているが、その際の光生成キャリアの動きや寿命はわかっていない。そこで、平成30年度は、パルスレーザーを用いた時間分解分光測定を行って、複数の原子価状態の発現が光生成キャリアのダイナミクスに及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。Ptイオンをドープした酸化チタン(Pt-TiO2)粉末にナノ秒パルスレーザーを用いて、時間分解マイクロ波電導度測定を行ったところ(励起波長355 nm)、Pt(II)/Pt(IV)の増加に伴い、光生成電子の易動度が直線的に増加する関係が得られた。Pt-TiO2、Cr-TiO2粉末に、フェムト秒パルスレーザーを用いて時間分解拡散反射スペクトル測定を行ったところ(励起波長400 nm)、800-1100 nm付近にTiO2の光生成キャリアに由来されるブロードな吸収が出現した。1000 nmの吸光度変化を時間分解すると、指数関数でフィッティングでき、それぞれ2つの減衰成分(光生成電子寿命)を得た。Pt(II)/Pt(IV)およびCr(VI)/Cr(III)比の増加に伴い、光生成電子寿命も増加した。つまり、複数の原子価状態の発現により、光生成キャリアの空間的な分離が促された結果、再結合が抑制され、高活性化するというメカニズムを上述の2種類の時間分解分光測定から明らかにでき、高活性な光触媒の開発のための新規な指針が得られた。

This study で は, acidification チ タ ン に ド ー プ し た metal イ オ ン の atomic state 価 を suppression し て, light generated ホ ー ル - electronic ain (light generated キ ャ リ ア) の ト ラ ッ プ サ イ ト に を space separation さ せ て, combining を し, highly active な photocatalytic の hit を refers し て い る. Youdaoplaceholder0 ド プ プ た た metal mass ド <e:1> <s:1> atomic 価 state を control (Pt mass <e:1> : Pt(II)/Pt(IV); Cr イ オ ン : Cr (VI)/Cr (III)) で き, そ れ ら の ratio が の difficult to decompose organic matter, water で あ る 4 - ク ロ ロ フ ェ ノ ー ル の decomposition rate of unseen に big き く influence す る こ と は both に わ か っ て い る が, そ の interstate の light generated キ ャ リ ア の dynamic き や life は わ か っ て い な い. そ こ で, 30 annual は, pp.47-53 パ ル ス レ ー ザ ー を with い た time breakdown spectral photometry を line っ て, plural の atomic state 価 の 発 が light now generate キ ャ リ ア の ダ イ ナ ミ ク ス に and ぼ す influence を Ming ら か に す る こ と を purpose と し た. Pt イ オ ン を ド ー プ し た acidification チ タ ン (Pt - TiO2) powder に ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ ー を with い て, time decomposition マ イ ク ロ wave conductivity measurement line を っ た と こ ろ (excitation wavelength, 355 Nm), Pt (II)/Pt (IV) の raised に い, light generated electronic の degree of movability が linear に raised す る masato are が should ら れ た. Pt - TiO2, the Cr - TiO2 powder に, フ ェ ム ト seconds パ ル ス レ ー ザ ー を with い て time breakdown company, scattered reflection ス ペ ク ト ル measurement line を っ た と こ ろ (excitation wavelength of 400 nm), 800-1100 nm paying nearly に TiO2 の light generated キ ャ リ ア に origin さ れ る ブ ロ ー ド な suction 収 が appear し た. 1000 nm の absorbance variations change を time breakdown す る と, index number of masato で フ ィ ッ テ ィ ン グ で き, そ れ ぞ れ 2 つ の damping components (light generated electronic life) を た. Pt (II)/Pt (IV) お よ び Cr (VI)/Cr (III) than の raised に い, light generated electronic life も raised plus し た. つ ま り, plural の atomic state 価 の 発 now に よ り, light generated キ ャ リ ア な の space separation が promote さ れ た results, combining が suppression さ れ, highly active す る と い う メ カ ニ ズ ム を の above 2 kinds の time breakdown spectral photometry か ら Ming ら か に で き, highly active な light catalyst の 発 の た め の new rules が な Pointers to ら れ た.

项目成果

Factors affecting photocatalytic activity of visible light-responsive titanium dioxide doped with chromium ions

• DOI: 10.1039/c8cy01411f
• 发表时间: 2018-09
• 期刊: Catalysis Science & Technology
• 影响因子: 5
• 作者: N. Nishiyama;Keisuke Kozasa;T. Okajima;M. Fujitsuka;T. Majima;S. Yamazaki

白金イオンドープにより光生成キャリアのトラップサイトを空間的に分離させた可視光応答型酸化チタンの光触媒活性

通过掺杂铂离子，具有空间分离的光生载流子陷阱位点的可见光响应二氧化钛的光催化活性

• 发表时间: 2019
• 作者: 西山 尚登;藤塚 守;真嶋 哲朗;山﨑 鈴子
• 通讯作者: 山﨑 鈴子

金属イオンの原子価状態制御により光生成キャリアのトラップサイトを分離させた高活性な可視光応答型酸化チタンの創出

通过控制金属离子的价态分离光生载流子的陷阱位点，创建高活性可见光响应的二氧化钛

• 发表时间: 2019
• 作者: 西山 尚登;藤塚 守;真嶋 哲朗;山﨑 鈴子
• 通讯作者: 山﨑 鈴子