可視領域に吸収を持つTiO_2薄膜の作製と電子状態計算による光機能性の解析

可见光区吸收TiO_2薄膜的制备及电子结构计算光学功能分析

• 批准号: 13750627
• 负责人: 小和田 善之
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hyogo University of Teacher Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750627/
• 关键词: 電子状態計算; DV Xα法; ゾルーゲル法; 光触媒; TiO_2; 薄膜; 光化学反応; パターニング; 分子軌道法; DV-Xα法; TiO_2薄膜; 電子状態; 光吸収; 光起電力

本研究の目的は、吸収端が250 300nm付近となるため、光触媒や光起電能の発現に、紫外光が必須であるTiO_2薄膜について、屋内外で、より効率的に光反応を起こすために、その可視光領域における光吸収の増感を検討することであった。このような増感剤添加により得られるTiO_2薄膜における光機能性は、TiO_2膜と添加した色素あるいは遷移金属イオンの両方の電子状態により発現し、そのメカニズムを定量的に解析するために、TiO_2膜自体のみならず、添加された色素あるいは遷移金属イオンの電子状態を同時にかつ正確に求める必要があるため、経験的なパラメーターを全く用いない、いわゆる第一原理分子軌道計算法の一つであるDV Xα法を用い、その電子状態を算出した。まず、有機-無機複合TiO_2薄膜の作製には、Tiアルコキシドに対してキレート環を形成する有機物の添加が有効であることから、様々なβ-ジケトンが配位したTiアルコキシドの光反応性について検討を行った。その結果、置換基の共鳴系を長くすると、HOMO-LUMO間のエネルギー差が小さくなること、また、光を吸収した時に電子が主に遷移すると思われるLUMO付近の軌道は、キレート環内のC-Oに関する反結合性の成分を含む軌道であることがわかった。このことから、用いるβ-ジケトンの共鳴系の長さを調節することにより、任意の波長に吸収をもたせることができる可能性のあることが明らかになった。また、TiO_2中に種々の不純物を添加したモデルについて考察した結果、遷移金属イオンを添加した場合は、不純物による準位が極めて局所的であり、光起電力など物性の可視領域化には有効でないことがわかった。また、アニオンを置換したほとんどの場合、酸化チタンのバンドギャップには変化が見られなかった。このような中で、Pイオンでチタンサイトを置換したモデルでは、伝導帯を形成する新たな準位がTiO_2のバンドギャップ内に現れること、またNイオンを添加した場合にのみ、HOMOのエネルギーが上昇し、バンドギャップが小さくなることを見いだした。これらの成果については、日本セラミックス協会2001年ガラス討論会および2002年春季年会において発表を行った。

The purpose of this study is to investigate the generation of photocatalytic energy at the absorption end of 250 - 300nm, the necessity of TiO_2 thin films for ultraviolet light, the generation of efficient light reflection in the interior and exterior of the house, and the enhancement of optical absorption in the visible light field. TiO_2 film with pigment added to it, and the electronic state of TiO_2 film with pigment added to it. The first principles molecular orbital calculation method is used to calculate the electronic state of the molecule. In order to prepare organic-inorganic composite TiO_2 thin films, the addition of organic compounds to TiO_2 thin films has been studied. As a result, the resonance system of the substitution base is long, the difference between HOMO-LUMO is small, the electron is mainly transferred when the light is absorbed, and the anti-association component of the LUMO is close to the orbit, and the C-O is related to the ring. The resonance length of the system can be adjusted by the wavelength. In addition to impurities in TiO_2, impurities in TiO_2 are added to TiO_2. In addition, impurities in TiO_2 are added to TiO_2. In addition, impurities in TiO_2 are added to TiO_2. When the acid is removed, the acid is removed from the solution. The new level of TiO_2 and the new level of TiO_2 and TiO_2 and TiO The results of these achievements were announced at the 2001 Kurashi Seminar and the 2002 Spring Annual Meeting of the Japan Kurashi Association.