可視光応答性を有する窒素ドープ酸化チタン光触媒の構造解析

Structural analysis for visible light reactive nitrogen-doped titanium oxide

山口 大輔; 小泉 智; 長谷川 良雄*; 菱沼 行男*; 鈴木 将*; 児玉 弘人*; 大沼 正人*; 大場 洋次郎*

Yamaguchi, Daisuke; Koizumi, Satoshi; Hasegawa, Yoshio*; Hishinuma, Yukio*; Suzuki, Masashi*; Kodama, Hiroto*; Onuma, Masato*; Oba, Yojiro*

酸化チタンは光触媒機能を有する物質として多くの開発研究が進められており、近年、微量(1重量%以下)の窒素ドープを行うことにより、吸収波長領域が長波長側にシフトし、紫外光のみならず可視光でも活性を示すことが明らかにされている。本研究では窒素ドープされた酸化チタンに対して、小角中性子散乱(SANS)と小角X線散乱(SAXS)の比較、及び軽水/重水混合水中に浸した試料のSANS測定を行うことで、試料中に微量(1重量%以下)含まれる窒素原子の分布の解明を試みた。窒素原子は、中性子に対して特異的に大きな散乱コントラストを有するため、窒素の存在によりSANSとSAXSの散乱プロファイルの間で異なる波数依存性をもたらすことが期待されるが、特に高波数(q)側(q1(nm)で有意の差が観察された。また、軽水と重水の混合比を調節して酸化チタンの散乱コントラストに合わせることで、酸化チタンの散乱を事実上消去して、窒素原子のみからの散乱を捉える測定を行った。これらの結果は窒素原子の酸化チタンの微粒子表面への局在を示唆するものとなった。

Among the wide variety of photo-catalytic products titanium dioxide (TiO)) is one of the most promising material and various improvement has been attempted. Recently it has been confirmed that the nitrogen (N)-doped TiO can be activated not only by ultraviolet light but also by visible light and thereby an enhancement of the efficiency is attained. However, the difference in structure between bare TiO and N-doped one has not yet been fully clarified despite the considerable structural analyses by using X-ray diffraction (XRD) or microscopy. In this study the structure of N-doped TiO was studied by small-angle neutron (SANS) and X-ray scattering (SAXS) methods by profiting the considerable difference of the scattering contrast of N atom to the neutron and to the X-ray. The resultant SANS and SAXS profiles are different between them, especially at high q region of (q1(nm), where q denotes the magnitude of scattering vector. This result can be interpreted as the localization of N atoms at around the surface area.