酸化チタン光触媒表面の不純物に由来する光励起キャリアの動的挙動の解明

本研究は理論的及び実験的な観点から、酸化チタンおよびFeドープ酸化チタンの紫外光および可視光下での光誘起キャリアの動的挙動を解明するとともに、光触媒反応が起こる際のドーパントの役割について検証する。1.酸化チタン微粒子の表面および内部に存在する再結合中心、および表面に存在する補足中心と光触媒活性との相関について、コンピューターシミューレションにより理論考察を行った。特に、酸化チタンナノチューブのケースでは拡散長が短いために、光触媒活性が向上することを理論的に明らかにした。さらに実験結果との比較からもそれが支持されることを示した。2.Feドープ酸化チタン光触媒の合成と光触媒活性について検討した。Feのドーピングにより光触媒活性が向上することがわかった。しかし、ドーピング量が過剰の場合には、逆に光触媒活性が減少することも明らかになった。したがって、Feのドーピングは適切な量が望ましいことを示した。3.階層構造を有するメソポア酸化チタン微粒子の合成とその生成メカニズムについて明らかにした。該材料はエレクトロスピニング法を用いて微粒子を作製し、さらに水熱法によって処理することでメソポアが生成した。エレクトロスピニング法の条件を変化させることで微粒子のサイズを制御できることが明らかになった。またメソポアは水熱法の反応条件によって細孔径や細孔体積が変化することを見出した。さらに光触媒活性についても調べた結果、メソポアを有することで光触媒活性が向上することが明らかになった。

本研究は理論的及び実験的な観点から、酸化チタンおよびFeドープ酸化チタンの紫外光および可視光下での光誘起キャリアの動的挙動を解明するとともに、光触媒反応が起こる際のドーパントの役割について検証する。1.酸化チタン微粒子の表面および内部に存在する再結合中心、および表面に存在する補足中心と光触媒活性との相関について、コンピューターシミューレションにより理論考察を行った。特に、酸化チタンナノチューブのケースでは拡散長が短いために、光触媒活性が向上することを理論的に明らかにした。さらに実験結果との比較からもそれが支持されることを示した。2.Feドープ酸化チタン光触媒の合成と光触媒活性について検討した。Feのドーピングにより光触媒活性が向上することがわかった。しかし、ドーピング量が過剰の場合には、逆に光触媒活性が減少することも明らかになった。したがって、Feのドーピングは適切な量が望ましいことを示した。3.階層構造を有するメソポア酸化チタン微粒子の合成とその生成メカニズムについて明らかにした。該材料はエレクトロスピニング法を用いて微粒子を作製し、さらに水熱法によって処理することでメソポアが生成した。エレクトロスピニング法の条件を変化させることで微粒子のサイズを制御できることが明らかになった。またメソポアは水熱法の反応条件によって細孔径や細孔体積が変化することを見出した。さらに光触媒活性についても調べた結果、メソポアを有することで光触媒活性が向上することが明らかになった。