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酸化タングステン光触媒の光キャリア超高速構造追跡に成功

 自然科学研究機構分子科学研究所,北海道大学,高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所,高輝度光科学研究センター,理化学研究所,フランス・レンヌ大学の研究グループは,可視光に応答する酸化タングステン光触媒の光励起状態の構造を,超高速時間分解X線吸収分光法により追跡し,光励起状態でタングステン周囲の局所構造が変化していく様子を観測することに成功したと発表した。
 従来,X線吸収分光法は,より高速な時間分解測定には,X線自由電子レーザーを用いることが必要で,光触媒の光キャリア生成に続く動的過程の追跡のためには必ずしも十分な時間分解能とは言えなかったところ,今回,測定条件の予備検討をKEKのフォトンファクトリーで行い,より高速の時間分解能を有する理化学研究所播磨事業所のX線自由電子レーザーSACLAを用いて,0.5ピコ秒の時間分解能で酸化タングステン(VI)光触媒のX線吸収分光測定に成功した。これにより,これまで明らかにされていなかった光励起状態における酸化タングステン(VI)のタングステン周囲の局所構造を解明することができた。
 今後,酸化タングステン(VI)で生成した光キャリア電子が表面に担持させた助触媒の白金微粒子触媒活性点に到達し,そこで白金微粒子がどのように光触媒として機能しているか,さらには,酸窒化タンタルなど,もう1種類の光触媒を加え高活性化した協奏的2段階励起システムにおける光励起・光触媒過程の追跡などが想定される。これらの光触媒に関する先端的基礎的知見をもとに,より高性能な光触媒材料の開発,さらには,光触媒による水素製造の大規模な実用化が期待されている。

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