Dynamic Properties of Oxygen in Doped Perovskite Oxides Studied by Means of the gamma-ray Spectroscopy Method

本研究では、γ線摂動角相関(PAC)法という手法を用いて、SrTiO3中にドープされた不純物位置での局在量子構造を研究している。本申請研究ではSrTiO3にドープしたIn3+の占有サイト情報とCd2+の占有サイト情報がそれぞれ得られた。In3+は3種類の占有サイトに位置することがわかった。そのうち1つは電場勾配値がゼロであり、対称性の高い立方晶SrTiO3中のSrもしくはTiサイトを置換しているサイト由来の成分と考えられる。残り2つの占有サイトは、Ti4+位置を置換したIn近傍に電荷補償の酸素空孔が存在するサイトである可能性が高い。なぜなら多くの先行研究例から、Inをはじめとする3価の金属イオンは、SrTiO3中でTi4+サイトを置換し、その近傍に電荷補償の酸素空孔が形成して光触媒活性を向上させるとの報告例があるからである。また、In3+は1%以上のドープ量で二次相のIn2O3を生じ始めることがわかった。一方、2価であるCd2+の占有サイトもIn3+と同様の3種類の占有サイトに位置することがわかった。またその濃度依存性を調べたところ、Cdのドープ割合を20%としても上述の局所構造を保つことがわかり、In3+よりも多量のドーパントが置換されることがわかった。SrTiO3中への不純物ドープに伴い生じる酸素空孔は、光触媒活性向上へ寄与すると言われていることから、Cd-doped SrTiO3、In-doped SrTiO3に対しバルクの光触媒活性を調査した。In3+のドープについては1%以上で二次相を生じて光触媒活性が低下した一方、Cd2+は20%のドープ濃度でも光触媒活性が上昇したことがわかり、PAC法によって得られた局所構造情報を支持する結果となった。本研究成果は、SrTiO3を用いた光触媒材料設計における新たな指針を与える情報となると考えられる。

本研究では、γ線摂動角相関(PAC)法という手法を用いて、SrTiO3中にドープされた不純物位置での局在量子構造を研究している。本申請研究ではSrTiO3にドープしたIn3+の占有サイト情報とCd2+の占有サイト情報がそれぞれ得られた。In3+は3種類の占有サイトに位置することがわかった。そのうち1つは電場勾配値がゼロであり、対称性の高い立方晶SrTiO3中のSrもしくはTiサイトを置換しているサイト由来の成分と考えられる。残り2つの占有サイトは、Ti4+位置を置換したIn近傍に電荷補償の酸素空孔が存在するサイトである可能性が高い。なぜなら多くの先行研究例から、Inをはじめとする3価の金属イオンは、SrTiO3中でTi4+サイトを置換し、その近傍に電荷補償の酸素空孔が形成して光触媒活性を向上させるとの報告例があるからである。また、In3+は1%以上のドープ量で二次相のIn2O3を生じ始めることがわかった。一方、2価であるCd2+の占有サイトもIn3+と同様の3種類の占有サイトに位置することがわかった。またその濃度依存性を調べたところ、Cdのドープ割合を20%としても上述の局所構造を保つことがわかり、In3+よりも多量のドーパントが置換されることがわかった。SrTiO3中への不純物ドープに伴い生じる酸素空孔は、光触媒活性向上へ寄与すると言われていることから、Cd-doped SrTiO3、In-doped SrTiO3に対しバルクの光触媒活性を調査した。In3+のドープについては1%以上で二次相を生じて光触媒活性が低下した一方、Cd2+は20%のドープ濃度でも光触媒活性が上昇したことがわかり、PAC法によって得られた局所構造情報を支持する結果となった。本研究成果は、SrTiO3を用いた光触媒材料設計における新たな指針を与える情報となると考えられる。