JP2002031612A - パルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評価法 - Google Patents
パルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評価法Info
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光触媒性能評価法に関するものであり、入射
光として波長可変パルス光を用いることにより、瞬時に
使用予定環境下での触媒性能を見積もることができ、さ
らに複雑な機構を持つ光触媒反応の劣化原因の解明にも
役立つ。 【解決手段】 パルス光励起表面正孔量測定による光触
媒性能評価法は、光触媒薄膜の表面に透明な絶縁シート
をかぶせ、それらを２枚の透明電極ではさみ、パルスレ
ーザーを入射することで表面に励起された正孔数をデジ
タルオシロスコープで瞬時に観測する。入射パルスレー
ザーの波長を可変させることにより、その物質の光触媒
性能の入射波長依存性も見積もることができる。
光として波長可変パルス光を用いることにより、瞬時に
使用予定環境下での触媒性能を見積もることができ、さ
らに複雑な機構を持つ光触媒反応の劣化原因の解明にも
役立つ。 【解決手段】 パルス光励起表面正孔量測定による光触
媒性能評価法は、光触媒薄膜の表面に透明な絶縁シート
をかぶせ、それらを２枚の透明電極ではさみ、パルスレ
ーザーを入射することで表面に励起された正孔数をデジ
タルオシロスコープで瞬時に観測する。入射パルスレー
ザーの波長を可変させることにより、その物質の光触媒
性能の入射波長依存性も見積もることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光触媒性能評価法に
関するものであり、入射光として波長可変パルス光を用
いることにより、瞬時に使用予定環境下での触媒性能を
見積もることができ、さらに複雑な機構を持つ光触媒反
応の劣化原因の解明にも役立つものである。
関するものであり、入射光として波長可変パルス光を用
いることにより、瞬時に使用予定環境下での触媒性能を
見積もることができ、さらに複雑な機構を持つ光触媒反
応の劣化原因の解明にも役立つものである。
【０００２】
【従来の技術】物質の光触媒性能を評価する場合、光触
媒物質の持つバンドギャップ以上の光を照射しながら表
面に塗布した油や、色素または反応ガスの分解量を時系
列で観測する手法が取られるが、いずれも光触媒反応が
微弱であるため、その触媒性能を観測するには長い時間
（数十分以上）を必要とした。
媒物質の持つバンドギャップ以上の光を照射しながら表
面に塗布した油や、色素または反応ガスの分解量を時系
列で観測する手法が取られるが、いずれも光触媒反応が
微弱であるため、その触媒性能を観測するには長い時間
（数十分以上）を必要とした。
【０００３】また、光触媒性能の優劣を決定する原因は
非常に複雑であり、物質表面に関して言えば反応表面
積、表面酸化電位、結晶構造等であるが、これらを評価
する手法はすでに確立しているのに対して、光触媒反応
を起こすのに最も重要な役割を果たす正孔の表面への挙
動を観測する手法は確立されていない。そのため、その
物質のどの特性が触媒性能の優劣を決定しているのか不
明瞭であった。
非常に複雑であり、物質表面に関して言えば反応表面
積、表面酸化電位、結晶構造等であるが、これらを評価
する手法はすでに確立しているのに対して、光触媒反応
を起こすのに最も重要な役割を果たす正孔の表面への挙
動を観測する手法は確立されていない。そのため、その
物質のどの特性が触媒性能の優劣を決定しているのか不
明瞭であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光触媒物質
にパルス光を入射し、表面に励起された正孔数をカウン
トすることで、その光触媒性能を瞬時に測定する手法を
提供するものである。
にパルス光を入射し、表面に励起された正孔数をカウン
トすることで、その光触媒性能を瞬時に測定する手法を
提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のパルス光励起表
面正孔量測定による光触媒性能評価法は、光触媒薄膜の
表面に透明な絶縁シートをかぶせ、それらを２枚の透明
電極ではさみ、パルスレーザーを入射することで表面に
励起された正孔数をデジタルオシロスコープで瞬時に観
測することを特徴とする。入射パルスレーザーの波長を
可変させることにより、その物質の光触媒性能の入射波
長依存性も見積もることができる。
面正孔量測定による光触媒性能評価法は、光触媒薄膜の
表面に透明な絶縁シートをかぶせ、それらを２枚の透明
電極ではさみ、パルスレーザーを入射することで表面に
励起された正孔数をデジタルオシロスコープで瞬時に観
測することを特徴とする。入射パルスレーザーの波長を
可変させることにより、その物質の光触媒性能の入射波
長依存性も見積もることができる。
【０００６】又、本発明のパルス光励起表面正孔量測定
による光触媒性能評価法を行う装置は、光触媒薄膜、そ
の片側に設けられた絶縁シート、絶縁シートを介して設
けられた一方の透明電極、及び絶縁シートの反対側に設
けられた他方の透明電極から構成される積層体を設置
し、その積層体の絶縁シート側の透明電極に外部抵抗及
びディジタルオシロスコープを結合し、他側の透明電極
を接地することにより電気回路を構成し、同期信号発信
器から同期信号をパルスレーザ及びディジタルオシロス
コープに付与し、発生したパルスレーザーにより薄膜表
面に励起された電荷を外部抵抗を通して放電すると同時
にその抵抗値を電圧としてディジタルオシロスコープ上
に表示し、得られた表示値を下記式１に付与してその際
の量子効率を算出することにより、光触媒性能を評価す
る装置である。
による光触媒性能評価法を行う装置は、光触媒薄膜、そ
の片側に設けられた絶縁シート、絶縁シートを介して設
けられた一方の透明電極、及び絶縁シートの反対側に設
けられた他方の透明電極から構成される積層体を設置
し、その積層体の絶縁シート側の透明電極に外部抵抗及
びディジタルオシロスコープを結合し、他側の透明電極
を接地することにより電気回路を構成し、同期信号発信
器から同期信号をパルスレーザ及びディジタルオシロス
コープに付与し、発生したパルスレーザーにより薄膜表
面に励起された電荷を外部抵抗を通して放電すると同時
にその抵抗値を電圧としてディジタルオシロスコープ上
に表示し、得られた表示値を下記式１に付与してその際
の量子効率を算出することにより、光触媒性能を評価す
る装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明のパルス光励起表面
正孔量測定回路のブロック図を示す説明図である。光触
媒薄膜試料の表面にマイラーシート（絶縁シート）をか
ぶせ、透明導電膜が蒸着されたネサガラス（透明電極）
で薄膜試料及びマイラーシートをはさむ。透明電極の光
照射側端子は外部抵抗Ｒを通して接地し、透明電極の反
対側はそのまま接地する。
正孔量測定回路のブロック図を示す説明図である。光触
媒薄膜試料の表面にマイラーシート（絶縁シート）をか
ぶせ、透明導電膜が蒸着されたネサガラス（透明電極）
で薄膜試料及びマイラーシートをはさむ。透明電極の光
照射側端子は外部抵抗Ｒを通して接地し、透明電極の反
対側はそのまま接地する。
【０００８】励起光としてパルスレーザーを透明電極を
通して薄膜試料に入射し、薄膜試料中に電子−正孔対分
離が生じ薄膜試料表面に電荷が励起されると、密着して
いるマイラーシート（絶縁シート）に電荷が蓄えられ
る。貯えられた電荷は外部抵抗Ｒ［Ω］を通じて放電さ
れる。このＲでの放電電圧ｖを、入射光パルスと同期さ
れたディジタルオシロスコープで時間軸（ｔ）測定を行
う。マイラーシート（絶縁シート）、及び薄膜試料の合
成容量をＣ［Ｆ］、表面に励起された総電荷量をΔｑ
［Ｃ］とｓると、ｖは次式で表される。
通して薄膜試料に入射し、薄膜試料中に電子−正孔対分
離が生じ薄膜試料表面に電荷が励起されると、密着して
いるマイラーシート（絶縁シート）に電荷が蓄えられ
る。貯えられた電荷は外部抵抗Ｒ［Ω］を通じて放電さ
れる。このＲでの放電電圧ｖを、入射光パルスと同期さ
れたディジタルオシロスコープで時間軸（ｔ）測定を行
う。マイラーシート（絶縁シート）、及び薄膜試料の合
成容量をＣ［Ｆ］、表面に励起された総電荷量をΔｑ
［Ｃ］とｓると、ｖは次式で表される。
【０００９】
【式１】
【００１０】即ち、回路の合成容量Ｃ及び抵抗値Ｒが既
知であれば光触媒薄膜表面に励起される総電荷量を求め
ることができ、同時にレーザーパルスのパワーを観測し
ておけば、入射フォトンに対して何個の正孔が光触媒反
応に寄与でき得るか（量子効率）を求めることが可能と
なる。また、入射パルスの波長を変化させそれぞれの量
子効率を求めておけば、実際に使用される環境下での光
触媒性能を短時間で見積もることができる。以下本発明
を実施例に基づいて説明する。
知であれば光触媒薄膜表面に励起される総電荷量を求め
ることができ、同時にレーザーパルスのパワーを観測し
ておけば、入射フォトンに対して何個の正孔が光触媒反
応に寄与でき得るか（量子効率）を求めることが可能と
なる。また、入射パルスの波長を変化させそれぞれの量
子効率を求めておけば、実際に使用される環境下での光
触媒性能を短時間で見積もることができる。以下本発明
を実施例に基づいて説明する。
【００１１】
【実施例】（実施例１）光触媒薄膜試料としてレーザー
アブレーション法で単結晶サファイア基板（１０ｍｍ×
１０ｍｍ×０．５ｍｍｔ）上に製膜した二酸化チタン
（ＴｉＯ2）薄膜を2枚用意した。製膜法はパルスレーザ
ーデポジション法を用いた。製膜条件はいずれも、１パ
ルス当たりのエネルギーを１００ｍＪ、繰り返し周波数
１０ＨｚのＹＡＧレーザー（波長５３２ｎｍ）、基板温
度４６０℃で３時間堆積させもので、酸素分圧のみ、試
料Ａ：３０ｍＴｏｒｒと試料Ｂ：３５ｍＴｏｒｒとわず
かに変化させた。両者をＸ線回折法により評価を行った
結果、両サンプルともＴｉＯ2ルチル構造が優先的に成
長していることが確認された他は違いは発見されなかっ
た。
アブレーション法で単結晶サファイア基板（１０ｍｍ×
１０ｍｍ×０．５ｍｍｔ）上に製膜した二酸化チタン
（ＴｉＯ2）薄膜を2枚用意した。製膜法はパルスレーザ
ーデポジション法を用いた。製膜条件はいずれも、１パ
ルス当たりのエネルギーを１００ｍＪ、繰り返し周波数
１０ＨｚのＹＡＧレーザー（波長５３２ｎｍ）、基板温
度４６０℃で３時間堆積させもので、酸素分圧のみ、試
料Ａ：３０ｍＴｏｒｒと試料Ｂ：３５ｍＴｏｒｒとわず
かに変化させた。両者をＸ線回折法により評価を行った
結果、両サンプルともＴｉＯ2ルチル構造が優先的に成
長していることが確認された他は違いは発見されなかっ
た。
【００１２】このようにして得られた２つのサンプル
（試料Ａ及び試料Ｂ）に対して、パルス光励起表面正孔
量測定を行った。入射光パルスとして、窒素レーザー
（波長３３７ｎｍ、１パルス当たりのエネルギー５０μ
Ｊ、パルス幅５×１０-9ｓｅｃ）を用い、外部抵抗Ｒは
１Ｍ［Ω］を使用した。測定結果を図２に示す。
（試料Ａ及び試料Ｂ）に対して、パルス光励起表面正孔
量測定を行った。入射光パルスとして、窒素レーザー
（波長３３７ｎｍ、１パルス当たりのエネルギー５０μ
Ｊ、パルス幅５×１０-9ｓｅｃ）を用い、外部抵抗Ｒは
１Ｍ［Ω］を使用した。測定結果を図２に示す。
【００１３】図２は、本発明のパルス光励起表面正孔量
測定法を用いて、酸化チタン薄膜に入射光として窒素レ
ーザー（波長３３７ｎｍ、１パルス当たりのエネルギー
５０μＪ、パルス幅５×１０-9ｓｅｃ）を照射した際の
図１における抵抗Ｒ（＝１ＭΩ）での放電電圧波形であ
る。本発明の測定波形より（１）式を用いて、表面に励
起された総電荷量をΔｑ［Ｃ］を算出する。
測定法を用いて、酸化チタン薄膜に入射光として窒素レ
ーザー（波長３３７ｎｍ、１パルス当たりのエネルギー
５０μＪ、パルス幅５×１０-9ｓｅｃ）を照射した際の
図１における抵抗Ｒ（＝１ＭΩ）での放電電圧波形であ
る。本発明の測定波形より（１）式を用いて、表面に励
起された総電荷量をΔｑ［Ｃ］を算出する。
【００１４】この測定波形を式（１）を用いてフィッテ
ィング（（１）式の関数と測定波形が一致するようにパ
ラメータΔｑを導き出す）を行い表面に移動した総電荷
量Δｑ［Ｃ］を比較すると、試料Ａは試料Ｂより（この
波長において）表面へ約１．３倍の正孔輸送能力を持っ
ており、より高い光触媒性能を保持していることが推測
される。
ィング（（１）式の関数と測定波形が一致するようにパ
ラメータΔｑを導き出す）を行い表面に移動した総電荷
量Δｑ［Ｃ］を比較すると、試料Ａは試料Ｂより（この
波長において）表面へ約１．３倍の正孔輸送能力を持っ
ており、より高い光触媒性能を保持していることが推測
される。
【００１５】（実施例２）実施例１で使用した２つの試
料の実際の光触媒性能を評価するために、薄膜表面に有
機色素（メチレンブルー溶液、濃度１ｍｍｏ１／ｌ）を
塗布し、ＵＶ光（波長<４００ｎｍ）を照射しながら表
面の色素の分解を吸光度変化として一定時間おきに観測
した（真空理工株式会社製 光触媒評価チェッカーＰＣ
Ｃ−１を使用）。約２０分間のＵＶ照射後両者の分解量
に違いが現れ始め、試料Ａが試料Ｂより光触媒性能が高
いことが確認され、実施例１の結果を支持するものとな
った。
料の実際の光触媒性能を評価するために、薄膜表面に有
機色素（メチレンブルー溶液、濃度１ｍｍｏ１／ｌ）を
塗布し、ＵＶ光（波長<４００ｎｍ）を照射しながら表
面の色素の分解を吸光度変化として一定時間おきに観測
した（真空理工株式会社製 光触媒評価チェッカーＰＣ
Ｃ−１を使用）。約２０分間のＵＶ照射後両者の分解量
に違いが現れ始め、試料Ａが試料Ｂより光触媒性能が高
いことが確認され、実施例１の結果を支持するものとな
った。
【００１６】なお今回は、実施例１において入射波長と
して３３７ｎｍを使用したが、波長を変化させ各々の波
長における電荷輸送能力を測定しておけば、実際の利用
環境下（自然光、室内蛍光灯など）での触媒性能を短時
間で見積もることが可能である。
して３３７ｎｍを使用したが、波長を変化させ各々の波
長における電荷輸送能力を測定しておけば、実際の利用
環境下（自然光、室内蛍光灯など）での触媒性能を短時
間で見積もることが可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、これまで評価が困難であった
“表面への正孔の移動し易さ”という光触媒性能の優劣
を決定する新指標を導入することが可能となり、高活性
光触媒の設計に役立つ。また、瞬時に光触媒性能を評価
することができる、という本発明に特有の顕著な効果を
生ずるものである。
“表面への正孔の移動し易さ”という光触媒性能の優劣
を決定する新指標を導入することが可能となり、高活性
光触媒の設計に役立つ。また、瞬時に光触媒性能を評価
することができる、という本発明に特有の顕著な効果を
生ずるものである。
【図１】図１は、本発明のパルス光励起表面正孔量測定
回路のブロック図を示す説明図である。
回路のブロック図を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明のパルス光励起表面正孔量測定
結果を示す図である。
結果を示す図である。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA01 AA07 BA18 CA01 GA14 KA08 MA05 2G060 AA08 AA10 AA20 AE40 AF20 AG15 EB03 4G069 AA14 BA04B BA48A EA07 ED10 FA02 FB02
Claims (2)
- 【請求項１】 光触媒作用を有する物質の表面にパルス
光を照射後、表面に励起された正孔量を観測すること
で、その物質の触媒性能を短時間で評価することを特徴
とするパルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評
価法。 - 【請求項２】 前記入射パルス光の入射光波長を変化さ
せることで、自然光下や屋内照明下等あらゆる環境での
触媒性能を瞬時に見積もることが可能であることを特徴
とする請求項１記載のパルス光励起表面正孔量測定によ
る光触媒性能評価法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213772A JP4630995B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | パルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評価法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213772A JP4630995B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | パルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評価法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002031612A true JP2002031612A (ja) | 2002-01-31 |
| JP4630995B2 JP4630995B2 (ja) | 2011-02-09 |
Family
ID=18709469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000213772A Expired - Fee Related JP4630995B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | パルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評価法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4630995B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003103179A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-08 | Japan Atom Energy Res Inst | 二層構造の光触媒酸化チタン膜及びその製造方法 |
| KR20040043895A (ko) * | 2002-11-20 | 2004-05-27 | 주식회사 유진텍 이십일 | 광촉매 성능 측정장치 및 광촉매 성능 측정방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1183833A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-26 | Ube Nitto Kasei Co Ltd | 光触媒活性の測定方法およびその装置 |
| JPH11258206A (ja) * | 1998-03-16 | 1999-09-24 | Ebara Corp | 光触媒評価方法および評価装置 |
| JP2001183321A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Research Institute Of Innovative Technology For The Earth | 光触媒膜の評価方法 |
-
2000
- 2000-07-14 JP JP2000213772A patent/JP4630995B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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