異常光起電力効果をもつ半導性強誘電体の光触媒活性

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昨年度は、異常光起電力効果と光触媒作用の相関を明らかにするため、強誘電体結晶として、結晶表面に対し分極軸方向が垂直で、結晶面の表裏にそれぞれ正および負分極面を露出させたチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、Mn添加チタン酸ジルコン酸鉛(MPZT)、およびSr添加チタン酸ジルコン酸鉛(SPZT)を用い、これらの結晶の表裏にそれぞれをUV光照射した場合に、正分極面では負の起電圧が、逆に負分極面では、正の起電圧が生じたが、それぞれ光起電流はPSZT>PZT>MPZTの順に増加すること,強誘電体結晶の表画にRuO_2を含浸法で担持させた光触媒活性も光起電流の大きさの順に一致すること、および正分極面の活性は、負分極面の3-10倍高いことを見出し、光起電流と光触媒作用が異常光起電力の効果を受けることを明らかにした。本年度は、異常光起電力効果をさらに発展させるため、強誘電体表面に半導体酸化物であるTiO_2やWO_3薄膜を取り付けた光触媒素子を作製し、その分極特性および光起電力特性、および水の分解反応に対する光触媒活性の分極場依存性について調べた。強誘電体結晶として、SPZTを用い、結晶の表裏(それぞれ正および負分極面)に、抵抗加熱法により金電極を薄膜として蒸着し、さらに、その電極面にTiO_2薄膜をスパッタリング法により接合して光触媒素子とした。結晶の表裏表面にRuO_2を担持させた場合に、水の分解反応に対する光触媒活性は,正分極面で負分極面よりも高く、SPZTの分極場がその表面の薄膜酸化物の光触媒の活性に顕著な効果を与えることを示した。活性増加は強誘電体結晶に依存しPSZT>PZT>MPZTの順に増加した。この序列は、異常光起電力効果の大きさの順と同じであり,異常光起電力効果は、強誘電体に接合した半導体酸化物の光触媒作用を高める上でも有用と結論した。