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Band gap narrowing of titanium dioxide by sulfur doping

新規可視光応答型光触媒; SドープTiO$$_{2}$$の作製

梅林 励; 八巻 徹也; 伊藤 久義; 浅井 圭介*

Umebayashi, Tsutomu; Yamaki, Tetsuya; Ito, Hisayoshi; Asai, Keisuke*

可視光下で高活性な光触媒の新材料の開発を目的として、新物質の理論的な探索をバンド計算によって行ってきた。その結果、TiO$$_{2}$$に対して硫黄(S)を添加することが有効な手段あることを突き止めた。計算から、Sは酸素(O) と置換することによって価電子帯の幅を増加させ、結果としてバンドギャップを減少させる働きを持つことを明らかにした。しかしながら、既報のデータではTiO$$_{2}$$内のSとOの置換エネルギーは非常に大きいとされているため、Sのドーピングは困難であると考えられた。そこで、われわれはTiS$$_{2}$$を高温で酸化することで当該物質の作製を試みた。そして、同化合物を600 $$^{circ}$$C(空気中)で焼成することによって、SとOの置換に成功したことを、X線回折及び光電子分光測定の結果から明らかにした。さらに、拡散反射スペクトルからは、可視域において光応答性を持つことが確認され、理論的予測の裏付けを得た。この物質は、新たな可視光応答型光触媒材料として大きな可能性を持っている。

Titanium dioxide (TiO$$_{2}$$) doped with sulfur (S) was synthesized by oxidation annealing of titanium disulfide (TiS$$_{2}$$). According to the X-ray diffraction patterns, TiS$$_{2}$$ turned into anatase TiO$$_{2}$$ when annealed at 600 $$^{circ}$$C. The residual S atoms occupied O-atom sites in TiO$$_{2}$$ to form Ti-S bonds. The S doping caused the absorption edge of TiO$$_{2}$$ to be shifted into the lower energy region. Based on the theoretical analyses using ab-initio band calculations, mixing of the S 3p states with the valence band was found to contribute to the band gap narrowing.

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分野:Physics, Applied

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