| 電気化学的特性 |
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| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 酸化チタン光触媒の基礎反応 |
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| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−５ 電気化学的特性 |
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| 【技術内容】 |
光触媒電極を用いた電気化学反応は酸化チタン（TiO2）等の酸化サイト（光半導体表面）、還元サイト（担持金属など）で独自に進行すると思われる。反応生成物が拡散し、混合される前に、これらを独立に検出し、分析することにより、電極反応と電気化学特性の詳細な解析が可能となる。実際にマイクロ電極を用いてこれを解析した例が報告されているので紹介する。
光触媒電極の構成：ITO (Indium tin oxide)ガラスの表面に表面積の半分をITO、残部をTiO2（多結晶Anatase）にして接合した電極を製造した。TiO2はTitanyl acetylacetonateのEthanol溶液を噴霧し、400℃焼成して製造した。
マイクロ電極の製造：7μmの炭素繊維を1mm外径のパイレックスガラス管に挿入し溶融延伸により20μmの細さに加工して使用した。電極位置は光学顕微鏡で設置した。
検討した光触媒反応：0.1M KCl水溶液（pH 7.0）を使用、200W Hg-Xeランプ（300-400nm）を用いた。 |
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| 【図】 |
| 図１ マイクロ電極とモデル光電極の構成 |
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| 出典：「Separate monitoring of reaction products formed at oxidation and reduction sites of TiO2 photocatalysts using a microelectrode．」、「J Electroanal Chem VOL. 379 NO. 1/2」、（1994年）、SAKAI H、BABA R、HASHIMOTO K、FUJISHIMAA著、Elsevier Science SA発行、200頁 Fig.１ (a) Structure of the TiO2-ITO composite films. (b) Schematic diagram of the experimental set-up. Reprinted with permission from Elsevier Science |
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| 図２ マイクロ電極による光反応生成物の追跡 |
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| 出典：「Separate monitoring of reaction products formed at oxidation and reduction sites of TiO2 photocatalysts using a microelectrode．」、「J Electroanal Chem VOL. 379 NO. 1/2」、（1994年）、SAKAI H、BABA R、HASHIMOTO K、FUJISHIMAA著、Elsevier Science SA発行、202頁 Fig.５ Time course in the current response at the carbon microelectrode located 50μm from (a) the TiO2 film and (b) the TiO2-ITO composite film, when the films were irradiated with UV radiation in 0.1M KCl solution. Potential of the microelectrode, 0.0V vs. SCE. Reprinted with permission from Elsevier Science |
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| 図１、図２の説明：光触媒に50μmの距離をおいて設置したマイクロ電極で観測すると、標準光路照射開始とともにカソード電流が流れ始め、約５minで飽和する。これに対し、ITO上で観測される陽極電流は小さい。 |
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| 【応用分野】 |
| 光電極反応の詳細な解析 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「J Electroanal Chem VOL. 379 NO. 1/2」、（1994年）、SAKAI H、BABA R、HASHIMOTO K、FUJISHIMAA著、Elsevier Science SA発行、199頁〜205頁 |
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| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 酸化チタン光触媒の基礎反応 |
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| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−５ 電気化学的特性 |
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| 【技術内容】 |
光触媒電極を電解質溶液中で光照射すると光半導体内に生成した伝導帯内の電子から電極に電子が移動し、光電流が得られる。価電子帯に生成する正孔は水の酸化などに消費される。電気化学的には電圧印加の有無に関わらず、光触媒と電極の複合化によって種々の変化が現れる。種々の電気化学反応が光触媒電極の利用により促進または修飾される現象は最も期待される効果であるが、電気防食、不動態化など、金属自体の酸化還元電位の変化による電極材質特性の変化なども有効な光触媒作用といえよう。
光半導体を複合化した陽極を用いて、電解質溶液での電圧電流依存性の光照射による影響を計算した例を紹介する。
検討した光触媒電極：光半導体としてTiO2(Rutile)、SrTiO3を想定、遷移金属ドープした効果を推定している。バンドギャップ、半導体Debye length (LD)、bulk hole diffusion length (Lp)、拡散係数（Dp0）、光子フラックス（Φ0）などの値とSchockley-Read機構などを仮定、光電流電圧依存性を計算する。数式は省略する。 |
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| 【図】 |
| 図１ 均一にドープしたモデルの光半導体電極からの光電流電圧曲線の計算 |
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| 出典：「STEADY-STATE PHOTORESPONSE THEORY FOR TRANSITION-METAL-DOPED SEMICONDUCTOR PHOTOANODES IN AQUEOUS ELECTROLYTES」、「Materials Research Bulletin VOL. 17」、（1982年）、R. U. E't Lam、D. R. Franceschetti著、Pergamon Press Ltd発行、1085頁 Fig.１ Photocurrent-voltage curves for a homogeneously doped electrode. (A) Lp'/LD = 10-5; (B) Lp'/LD = 10-4; (c) Lp'/LD = 10-3; (D) Lp'/LD = 10-2; (E) Lp'/LD = 10-1 Reprinted with permission from Elsevier Science |
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| 図１の説明：光電流・電圧依存性は、半導体粒子の電子構造を仮定することにより、ある程度推算可能になった。 |
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| 【応用分野】 |
| 光触媒特性の解明 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「Materials Research Bulletin VOL. 17」、（1982年）、R. U. E't Lam、D. R. Franceschetti著、Pergamon Press Ltd発行、1081頁〜1087頁 |
