バンドギャップ下照射によって誘発されるTiO2ナノ粒子上の酸素種の電子移動反応

部分的に還元されたTiO2（ルチル）ナノ粒子の表面に形成された分子酸素種は、インシチュ電子スピン共鳴（ESR）および拡散反射分光法によって研究されました。77 Kでの可視光照射によりO2−（gz = 2.020）およびTi3+によるESR信号が現れ、暗所で温度を上げると消失しました。サブバンドギャップ照射によって生成されたO2−およびTi3+ラジカルの数は等しく、これはTiO2表面の酸素空孔部位におけるペルオキソO22−種と隣接するTi4+イオンとの間での可逆電子移動を示唆しています：Ti4+···O22−···Ti4+ → Ti3+ + O2−···Ti4+（前進反応）。ESR強度は長時間の照射によって飽和し、酸素空孔部位に吸着したO2分子の表面占有率は1.3 × 10^13サイト cm−2と評価されました。O2−の生成速度に対するスペクトル応答は約480 nm付近に広いピークを示し、これは拡散反射測定によって観測された吸収バンドと一致しました。TiO2の亜表面層で生成されたF型カラセンターが可視光を吸収し、表面酸素空孔部位におけるO22−からTi4+への電子移動反応を間接的に誘導することが結論づけられました。