| 表面水酸基 |
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| 【技術分類】 |
| １−Ａ 酸化チタンの物性と光活性 |
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| 【技術の名称】 |
| １−Ａ−１−ｇ 表面水酸基 |
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| 【技術内容】 |
酸化チタン（TiO2）の光触媒活性の制御で種々のコーティング手法が検討されてきた。表面水酸基、および吸着水分子は光化学作用で生じた電子、正孔から水素、活性酸素種を発生するためのプールとなる。また焼成後のTiO2表面に光触媒作用で水酸基を形成すると、親水性が発現し、防曇性、セルフクリーニング効果の原因となる。
TiO2表面水酸基の挙動は振動スペクトルで追跡するのが一般的であるが、広幅NMR、さらに最近では時間分解赤外分光法を用いた光触媒機構の研究も行われ、解析の精度が向上している。高速の時間分解分光法では紫外・可視分光、赤外分光とも検討されているが、前者ではサブピコからナノ秒の比較的速い時間領域を対象としている。以下には大西等による50ナノ秒から10秒程度の時間領域で脱離による過渡吸収の変化を検出した結果を紹介する。
実験では赤外光源（MoSi2）からの光を試料上に集光し、透過光を分光器で分光した後、赤外検出器（MCTまたはInSb）で検出する。測定では焦点距離が長く、F値の小さな明るい分光器を使用する。355nmの紫外光パルス（10nsec）を1Hzの周期で、真空中で照射した際の過渡赤外吸収スペクトルを測定した。 |
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| 【図】 |
| 図１ TiO2に紫外光パルス照射した際の表面水酸基域の過渡スペクトル |
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| 出典：「二酸化チタン参照触媒の時間分光赤外分光測定」、「第２３回参照触媒討論会資料」、（2002年）、山方 啓、石橋孝章、大西 洋著、触媒学会発行、27頁 図１ 二酸化チタンに355nmの紫外光（パルス幅10ナノ秒、繰り返し1Hz）を真空中で照射した際の過渡赤外吸収スペクトル |
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図１の説明：構造のないブロードな吸収が観測された。この吸収は波数が3000cm-1から900cm-1に減少するに伴って、吸光度が大きくなるという特徴を有している。このような吸収は、同じエネルギー密度の532nmや1064nmのパルス光では観測されない。すなわち紫外光パルス照射による過渡吸収スペクトルはTiO2のバンドギャップ励起に伴うものであると推測される。このような単調な赤外吸収スペクトルはn-ドープした半導体においてしばしば観測されるものである。
その他、超親水性と表面水酸基の関係については、橋本等の報告を参考資料として挙げたので参照願いたい。 |
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| 【応用分野】 |
| 光触媒作用の機構解明 |
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| 【出典／参考資料】 |
「第２３回参照触媒討論会資料」、（2002年）、山方 啓、石橋孝章、大西 洋著、触媒学会発行、26頁〜31頁
「表面科学 VOL 20 NO 2」、（1999年）、橋本和仁、渡辺俊也著、科学技術社、83頁〜93頁 |
