先端物理化学特論Ｃ

Advanced Physical Chemistry C

997B305

72CHPHC603

寺島　千晶

Chiaki Terashima

2024年度前期

2024 First Semester

月曜2限

Monday, 2nd Period

創域理工学研究科　先端化学専攻

Department of Pure and Applied Chemistry, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

本専攻のディプロマ・ポリシーに定める「各専門分野に応じた高度な専門知識」を身につけるための科目です。
環境材料の１つである酸化チタン光触媒の基礎を学ぶとともに、環境浄化からエネルギー生成まで幅広く実用化または応用研究されている光触媒について光化学、触媒化学、電気化学などの観点から理解を深める。

The course aims to acquire the high-level expert knowledge in each specialized field within the Department of Pure and Applied Chemistry stipulated by the diploma policy of the department.
The course helps learn the basics of the titanium dioxide photocatalyst, which is one of the environmental and energy-related materials, and understand well with regard to photochemistry, catalytic chemistry, and electrochemistry.

新しい機能をもつ物質を発見するためにどのように研究を進めるのかを学び、物質科学の面白さを理解する。

Learn how to proceed with research to discover new substances with unique functions and understand how interesting material science is.

１．酸化チタン光触媒の原理について説明できる。
２．光触媒を用いた環境浄化（空気浄化、水浄化など）について説明できる。
３．光触媒を用いた人工光合成（水分解、二酸化炭素の分解）について説明できる。　

1. To explain the principle of the titanium dioxide photocatalyst
2. To explain the environmental purification in air and water using the photocatalyst
3. To explain the artificial photosynthesis of water splitting and CO2 reduction using the photocatalyst

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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配布資料等を利用し、準備学習と復習を実施することが講義内容の理解に資する。（準備学習と復習を合わせて4時間程度を目安とする。）
具体的な事項については、授業の中で指示する。

Use handouts for preparation and review, as these contribute to understanding the lecture content. (Combined preparation and review should take ~4 h.)
Preparatory schoolwork and review will be designated in the class.

講義時間内の小テスト（５点＊４回＝２０点）および講義終了後のレポート（８０点）
[フィードバックの方法]
課題の解答例については、その授業時間内あるいは次回の授業時に解説する。

Quiz during the lecture time (5 points * 4 times = 20 points) and report after the lecture (80 points)
[Feedback]
Solutions will be explained during the lesson or in the next lesson.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

特に指定しない。
Nothing special

第１回：酸化チタンとは
代表的な光触媒材料である酸化チタンの結晶構造、特性、合成方法などについて説明する。

第２回：光励起半導体の基礎理論
半導体中の電子エネルギーと光吸収による励起過程（電子移動反応）を説明し、本多−藤嶋効果について理解する。

第３回：酸化チタン光触媒の反応機構
酸化チタン表面で起きる酸化・還元反応と、それによって生じるラジカル種の関係について説明し、
有機物の光触媒酸化分解反応の機構について理解する。

第４回：酸化チタン光触媒の高活性化
酸化チタン光触媒の活性に影響を与える因子と高活性化するための手法について説明する。

第５回：光触媒の固定化方法
溶液法と乾式法による酸化チタン薄膜の作製について説明する。

第６回：酸化チタン薄膜の光誘起親水化現象
固体表面の濡れ性について説明し、酸化チタン薄膜表面で起こる構造変化と光誘起親水化について理解する。

第７回：光触媒による環境浄化
酸化チタン光触媒を用いた空気浄化、水浄化、セルフクリーニングについて説明する。

第８回：酸化チタン光触媒の医療・バイオへの応用
酸化チタン光触媒を用いた抗菌・抗ウイルス効果や癌治療などへの応用を目指した研究について説明する。

第９回：酸化チタン光触媒の可視光応答化
酸化チタン光触媒の可視光応答へ向けた試みや実用例について説明する。

第１０回：光触媒材料の開発
酸化チタン以外の光触媒材料について説明する。

第１１回：水分解光触媒による水素生成（ソーラーハイドロジェン）
光触媒を用いた水分解の原理と紫外・可視光応答型の水分解光触媒について説明する。

第１２回：光触媒による二酸化炭素の分解
光触媒を用いた二酸化炭素の光分解の原理と人工光合成研究について説明する。

第１３回：光触媒以外の酸化チタンを用いた太陽エネルギー利用
色素増感太陽電池を中心にして太陽電池材料について説明する。

第１４回：光触媒研究の最新動向
発展し続けている光触媒研究について最近のトピックスを理解する。

第１５回：総括
これまでの内容を総括することで光触媒科学の全体像を整理・理解する。


1. Introduction of titanium dioxide
The crystal structure, characteristics, and synthesis method of titanium oxide, which is a typical photocatalytic material, will be described.

2. Basic theory of photoexcited semiconductors
Explain the excitation process (electron transfer reaction) based on electron energy and light absorption in semiconductors and understand the Honda–Fujishima effect.

3. Reaction mechanism of the titanium dioxide photocatalyst
Explain the relationship between oxidation and reduction reactions that occur on the surface of titanium dioxide and radical species and understand the mechanism of the photocatalytic oxidative decomposition reaction of organic substances.

4. High activation of the titanium dioxide photocatalyst
Factors that affect the activity of titanium dioxide photocatalyst and methods for high activation will be described.

5. Photocatalyst immobilization method
The preparation of the titanium dioxide thin film using the solution and dry method will be described.

6. Photoinduced super-hydrophilic phenomenon of the titanium dioxide thin film
The wettability of solid surfaces is explained, and the structural changes and photoinduced super-hydrophilic property that occur on the surface of titanium oxide thin films are explained.

7. Environmental purification with the titanium dioxide photocatalyst
Air purification, water purification, and self-cleaning using the titanium dioxide photocatalyst will be described.

8. Application of the titanium dioxide photocatalyst to medical and biotechnology
Recent studies and application to antibacterial and antiviral effects and cancer treatment using the titanium oxide photocatalyst are explained.

9. Visible light activities of the titanium dioxide photocatalyst
Attempts and practical examples of the titanium dioxide photocatalyst for visible light response will be described.

10. Development of a photocatalytic material
A photocatalytic material other than titanium dioxide will be described.

11. Hydrogen generation using the water-splitting photocatalyst (solar hydrogen)
The water-splitting principle using a photocatalyst and the ultraviolet/visible light responsive water-splitting photocatalyst will be described.

12. Reduction of carbon dioxide using a photocatalyst
The principle of photodecomposition of carbon dioxide using a photocatalyst and the artificial photosynthesis research will be explained.

13. Utilization of solar energy using titanium dioxide instead of photocatalysts
The solar cell materials will be described with a focus on dye-sensitized solar cells.

14. Latest trends in photocatalyst research
Understand recent topics about the evolving photocatalytic study.

15. Summary
By summarizing the content, we will organize and explain photocatalytic science in detail.

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