光触媒材料（TiO2）の研究とモニタリング

目的

TiO₂などの光触媒材料は、例えば産業廃水の浄化や水の分解などにおいて大きな関心を集めている。指向性電荷移動の同定は、欠陥状態、欠陥バンド、およびドーピングの役割をより深く理解するため、また技術制御のためにも重要である。

解決策

直流（ケルビンプローブ、接触電位差測定：DCPD）および交流（変調）モードにおけるSPV分光法は、優先的な指向性電荷分離に関する情報を提供し[1]、ドーピングが表面におけるバンドベンディング、再結合損失、およびスカベンジャー（電子または正孔を受け取る物質）に及ぼす影響の調査を可能にする。

応用例

TiO_{2 は}、還元雰囲気または酸化雰囲気下での熱処理により、n 型および p 型にドーピングできることが示されています（図 1、詳細は [2]）。 図 2 は、TiO₂ 粉末のコールドガススプレー法による成膜後の、TiO₂ における欠陥およびバンドギャップ遷移の成膜温度依存性を示しています（詳細は [3] を参照）。窒素の取り込みによって生じる TiO₂ における欠陥バンドの変遷、および電荷移動への影響については、[4] で研究されています。

参考文献

[1] Th. Dittrich, S. Fengler, 「光活性材料の表面光起電力解析」, World Scientific, 2020.

[2] M. K. Nowotny 他、「室温における二酸化チタンの p 型半導体特性の観測」、Materials Letters 64 (2010) 928.

[3] I. Hermann-Geppert 他、「光誘起水酸化のためのコールドガススプレー法によるTiO_2系電極」、ECS Transactions 58 (2014) 21.

[4] R. Beranek 他、「光電流および表面光電圧の研究による窒素修飾TiO_₂光触媒の電子構造の解明」、Chem. Phys. 339 (2007) 11.