Identification of doped nitrogen in photocatalytic TiO

酸化チタン光触媒におけるドープ窒素が小角中性子散乱に及ぼす影響に関する考察

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

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

環境浄化やエネルギー問題への応用が期待されている光触媒物質の一つである酸化チタン(TiO)は、触媒効率の向上を実現する有力な方法として、触媒に窒素(N)をドープすることにより、反応が活性化される波長領域が紫外-近紫外光から可視光へシフトすることが報告されている。しかしながら、窒素ドープされたTiO触媒に含まれる窒素量は微量であり、広角X線回折でもTiとNの結合を示唆する回折線は観測されず、可視光応答をもたらす構造におけるN原子の位置(分布)については未知な部分が存在する。本研究では2種類の異なる製法により作製されたNドープTiO触媒に対して、中性子小角-広角散乱(J-PARC BL-15「大観」により測定)で得られた、結晶格子からナノ微粒子径にわたるスケールの構造に対して考察を行った結果について報告する。2種類の製法において、Nの位置に関してドープを行う工程での差異を反映する結果が散乱測定から得られた。また、測定では、TiOの散乱を軽減するためのコントラスト変調を行っており、TiOの散乱が弱められる条件において相対的にドープ窒素の散乱の寄与が大きくなる傾向が得られた。

Anion, e.g., nitrogen (N) doped titanium dioxide (TiO), being expected to exhibit an improved photo-catalytic property due to the effect of narrowing in the band gap, was investigated by small- (SANS) and wide-angle neutron scattering. Among wide variety of photo-catalytic products, TiO is one of the most promising and various improvements have been done. However, the difference in structure between bare TiO and N-doped TiO has not yet definitively clarified despite the considerable structural analyses by X-ray diffraction or X-ray photoemission spectroscopy. With profiting from an enhanced scattering length of N atoms to the neutron beam, an attempt to capture the distribution of N atoms in N-doped TiO by SANS was conducted. Specimens prepared with and without N-doping were compared. The traces of doped N species on the scattering profiles might be brought out from invisible differences with contrast variation method employing the soakage in tuned HO/DO mixture possessing nearly the same scattering length density as TiO component.