近赤外領域でのフェムト秒時間分解分光測定を利用した光触媒微粒子計測法の開発

近红外区域飞秒时间分辨光谱光催化颗粒测量方法的开发

基本信息

批准号：
14050031
负责人：
岩田耕一
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

微粒子状の物質を試料とする時間分解分光測定では,従来,試料の光散乱が大きな妨害となっていた.このため時間分解測定の際に透過法ではなく拡散反射法を用いる例が圧倒的に多かった.しかし,拡散反射法では,試料の多重散乱によってポンプ光とプローブ光の光路差に分布が生ずるために測定の時間分解能が低下することが避けられない.これに対して,近赤外領域の分光法では,微粒子の試料に対しても時間分解能を損なうことなく透過法を用いることができる.本年度,岩田らは,自作のフェムト秒時間分解近赤外分光計を利用して,二酸化チタン微粒子を光照射したときに生じる物理・化学過程を時間分解近赤外分光法で追跡する課題に取り組んだ.白金を担持した二酸化チタン微粒子(粒径約20nm)を400nmの光で照射すると,波長0.8μmから1.4μmにわたる幅広い過渡吸収帯が観測された.この吸仮帯は,光照射によって生成した電子による吸収帯と考えられる.スペクトル形状に顕著な時間変化はなく,観測している状態の電子の生成は装置関数の範囲内(200フェムト秒程度)で即時的であった.電子の減衰曲線には,数百フェムト秒の速い成分と3ピコ秒程度では減衰しない長寿命の成分の2種類があった.ポンプ光強度を大きくして時刻0における電子の生成密度を大きくすることによって,速い減衰の成分の相対比が大きくなることが分かった.今回観測された電子は,光触媒反応において還元反応に利用されるものである.フェムト秒時間分解近赤外分光法を利用することによって,実際の化学反応に用いられる微粒子の試料における光触媒反応の初期過程を観測することができた.

在使用细颗粒样物质作为样品的时间分辨光谱中，样品的光散射一直是主要的障碍。因此，在时间分辨的测量中，已经使用了扩散反射方法代替传输方法。然而，在弥漫性反射方法中，样品的多重散射导致泵光和探针光之间的光路差分布，这使得难以避免测量的时间分辨率。相反，在近红外光谱法中，可以将传输方法用于细颗粒而不会损害时间分辨率。今年，伊瓦塔（Iwata）及其同事致力于追踪二氧化钛颗粒颗粒的物理和化学过程的挑战，该二氧化钛颗粒使用时间分辨的近红外光谱使用其自己的飞秒时间分辨近红外光谱仪，用光照射。当带有铂的二氧化钛颗粒（粒径约20 nm）用400 nm的光照射时，波长为0.8μm。观察到了范围从m至1.4μm的宽瞬态吸收带。该吸收带被认为是由光照射产生的电子引起的吸收带。光谱形状没有显着的时间变化，并且在观测状态下的电子产生在设备函数范围内（约200秒秒）。电子衰减曲线有两种类型：数百个飞秒的快速组件和长寿命成分，它们不会在大约3个picseconds处衰减。发现通过增加泵光强度并增加时间0时产生的电子密度，快速衰减组件的相对比变得更大。这次观察到的电子用于光催化反应的还原反应。通过使用飞秒时间分辨的近红外光谱，可以观察到实际化学反应中使用的细颗粒样品中光催化反应的初始过程。