ペロブスカイト型酸化物中への窒素导入形态の定性?定量分析に成功 ─高性能な可视光応答型光触媒开発の后押しに─

ペロブスカイト型酸化物中への窒素导入形态の定性?定量分析に成功　─高性能な可视光応答型光触媒开発の后押しに─

2024年7月 2日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所／材料科学高等研究所　助教　吉井丈晴

【発表のポイント】

东北大学が独自开発した超高温?高感度昇温脱离（罢笔顿）装置^（注¹^）を用いて、可视光に応答する光触媒として応用が期待されているペロブスカイト型酸化物^（注²^）中にドープ（添加）された窒素种の分析を行いました。
従来法では困难な窒素ドーパント^（注³^）の导入形态の违いを识别することに成功しました。
可视光応答する窒素ドープペロブスカイト型光触媒の开発を加速させることが期待されます。

【概要】

防汚や抗菌効果を持つ光触媒材料は环境浄化システムとして利用されています。従来型の光触媒である酸化チタンは紫外线下で働くため、屋内など紫外线が弱い场所では十分な効果を発挥しません。そのため可视光でも机能する光触媒材料が求められています。窒素ドープペロブスカイト型酸化物は、可视光応答性の光触媒として高い特性が得られることから注目されています。この际、ドーパントである窒素は酸化物格子间に侵入したり、酸素と置换されたりするなど、様々な形态で存在します。そのような窒素の导入形态は光触媒性能に直结するため、精密な定性?定量分析法の确立が极めて重要です。しかしながら、従来法として用いられる齿线光电子分光法（齿笔厂）^（注⁴^）は表面近傍の情报しか得られず、材料内部の窒素の状态を调べることはできません。また、异なる窒素の导入形态の判别も困难でした。

东北大学多元物质科学研究所大学院生の清水俊介氏、吉井丈晴助教、大学院生の西川銀河氏（当時）、大学院生のJingwen Wang氏（当時）、Shu Yin教授、同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の西原洋知教授、佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターの小林英一主任研究員らからなる研究グループは、東北大学が独自に開発してきた超高温?高感度TPD装置を用いて、ペロブスカイト型酸化物中の窒素ドーパントの定性?定量分析に成功しました。TPD法により、従来法であるXPSのみでは判別困難な、材料内部の窒素の導入形態の違いを見分けることができます。本技術により、窒素の導入形態がより詳細に分析可能となり、高性能な窒素ドープペロブスカイト型光触媒の開発が加速されることが期待されます。

本研究成果は2024年6月27日（グリニッジ標準時）、化学分野の専門誌Chemical Scienceに掲載されました。

図1. （a）La₂Ti₂O₇冲础と（产）尝补₂Ti₂O₇冲叠の试料写真。（肠）尝补₂Ti₂O₇冲础と（诲）尝补₂Ti₂O₇冲叠の齿笔厂スペクトル。（别）尝补₂Ti₂O₇冲础と（蹿）尝补₂Ti₂O₇冲叠の罢笔顿プロファイル。

【用语解説】

注1. 昇温脱離（TPD）装置
試料を加熱し、脱離した化学物質を質量分析計により同定する分析手法（Temperature Programmed Desorption法、TPD法）を用いる装置。東北大学では2100 ℃まで昇温可能な装置を独自開発し、炭素材料中の窒素種を10 ppmレベルの高精度で分析可能とした。詳細は参考文献1を参照。

注2. ペロブスカイト型酸化物
结晶构造の一种であるペロブスカイト构造を有する酸化物。

注3. ドーパント
半导体などの物质中にドープ（添加）された异种元素のこと。

注4. X線光電子分光法（XPS）
试料に齿线を照射することで放出される电子（光电子）の运动エネルギーを测定し、试料に存在する元素の种类?存在量および化学结合状态を解析する手法。表面敏感な分析手法であることを特徴とする。

详细（プレスリリース本文）