12 Z 4, pp. 1137∼1143

(1)

12 Z 4, pp. 1137∼1143

³ õ u § T Ó Þ X ¢ ö m Í ×8 0< g T m× D X Õ Û x ¢ ° on T X ¢% ¤ ª º ì Å

+ ä

ª <) o · »+ ä ¸ 6 Ò · ç ¡ - > · Â 6 Ò ç ¡] 8 ;

· ¡ ¤ @ / < Æ §, Ó ü t o §¹ ¢ ¤ < Æõ x 9 Ö 6 x ½ + Ëõ < Æ ½ ¨ è, Å Ò 561-756

b 9 ø ¶ B\ ï >

· ¡ ¤ @ / < Æ § Ö 6 x ½ + Ëõ < Æ ½ ¨ è x 9 Å Ò H% ò # ¦1 p x < Æ §, Å Ò 560-867 (2011¸ 10 Z 4 17{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2011¸ 12 Z 4 1{ 9 > F S X & ñ )

á ÔÛ ¼ (XAFS) l Z O ` ¦ s 6 x # y n C8 ú ¤ B ] j s í ß o w ³ o u (TiO

2

) _ y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x × æ _ ô Ç/ B M ½ ¨ ¸ü <

o < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ Å Ð y n C 1 p x` ¦ ¥ ¸s " f Õ ª@ / Ð (in-situ) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨ % i . H $ Û ¼ H y n C 8

ú

¤ B ì ø Í6 £ x × æ \ w ³ o u _ 3d _ © I x 9 ¸\ H H o \ O % 3 Ü ¼ 9, 3d y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x \ _

' a # t · ú § H H כ ` ¦ Ð# Å Ò% 3 . " l o á ÔÛ ¼ (EXAFS) ì r$ 3 ` ¦ : x # y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x × æ \ Ti-O

½ + Ë o ü < Á º| 9 " f ¸ o H כ s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x Ü ¼ Ð # Ti-O ¼ 1 Ï ^ ½ ¨ ¸\

+ þ As e 6 £ §` ¦ S X % i .

Ù þ

d # Q: y n C8 ú ¤ B , " l o á ÔÛ ¼, s í ß ow ³ o u, ½ ¨ ¸

Local Structural Properties of Photocatalyst TiO ₂ Nanoparticles Studied by Using XAFS

E.-S. Jeong · Zhenlan Jin · C.-I. Park · S.-W. Han ^∗

Department of Physics Education and Institute of Fusion Sciences, Chonbuk National University, Jeonju 561-756

J.-S. Jeon

Institute of Fusion Science and Jeonju Geunyoung Girls High School, Jeonju 560-867 (Received 17 October 2011 : accepted 1 December 2011)

The local structural and chemical properties of photocatalyst TiO

2

nanoparticles were examined using in-situ XAFS under ultraviolet light. XANES showed that the local density of states of the 3d electrons in Ti nearly unchanged during the photocatalysis, suggesting that the 3d electrons are irrelevant to the photocatalytic reaction of TiO

2

. EXAFS measurements showed that the bond length and the displacement of Ti-O pairs changed during the photocatalysis. We also observed that the Ti-O octahedra were deformed due to the photocatalysis.

PACS numbers: 61.05.Cj, 61.46.Hk, 61.72.uj Keywords: Photocatalyst, TiO2, EXAFS, Structure

∗

E-mail: [email protected]

-1137-

(2)

I. " e Â ] Ø

5 Å q _ s í ß o w ³ o u(TiO 2 ) H Å Ò Ð [ j (anatase), À Ò { 9 (rutile) x 9 Ú ÔÀ Ò s à Ô(brookite) [ j t

_ É r & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ t ¦ > r F 9, y n C8 ú ¤ B , I ª t

, Û ¼ G ' p" f x 9 2 ;Ò q t^ Ó ü t| 9 6 £ x6 x` ¦ 0 A # ´ ú § É r ½ ¨

s À Ò# Qt ¦ e [1, 2]. : £ ¤ y þ j H \ @ /^ \ -t \

@

/ô Ç ' a d s ¦ ¸÷ & " f © H ' a d ` ¦ ã ¼ H כ s I ª

t s 9, s í ß o w ³ o u É r " é ¶ { H ² O/O 2 \ -t ï

r 0 A Ð ± ú ¦ H 2 /H ₂ O \ -t ï r 0 A Ð H Z } " f © s

© & h I ª t F « Ñ Ð # t ¦ e [2]. s í ß o w

³ o u & ñ ^ × æ 8 ú ¤ B ] j Ð © V , o 6 x ÷ & ¦ e H

[ j_ \ -t { : £ § É r 3.2 eV Ð À Ò { 9 _ 3.0 eV Ð

è Z } Ü ¼ 9, ¸¿ º Å Ð (ultraviolate) y n C` ¦ ~ Ã ÎÜ ¼ ,

[ þ t s [ þ t H © I ÷ &# Q y n C8 ú ¤ B 6 x s { 9 # Qè ß .

s

í ß o w ³ o u _ y n C8 ú ¤ B : £ ¤$ í ` ¦ s 6 x ô Ç ´ ú § É r ½ ¨[ þ t s

s À Ò# Q& t ë ß , y n C8 ú ¤ B B j& m 7 £ §` ¦ s K l 0 Aô Ç

½

¨ H B Ä º ] jô Ç& h Ü ¼ Ð s À Ò# Q4 R M ® o . y n C8 ú ¤ B _ 6 x B j

m 7 £ § É r Õ ª@ / Ð (in-situ) 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # ½ ¨ 0 p x t

ë ß , Õ ª@ / Ð ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð y n C8 ú ¤ B _ o < Æ& h o\ ¦ 8 £ ¤& ñ

H כ É r ï ~ 1 t · ú § [3]. s _ ½ ¨ H s í ß o w

³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ s K l 0 A # s í ß o w ³ o u

À Ò\ ¦ Ó o^ 7 £ ¤ 7 £ x À ÓÃ º 5 Å q \ V , ¦ á ÔÛ ¼ (XAFS, X-ray absorption fine structure) z ´+ « >` ¦ : x # y n C8 ú ¤ B 6 x × æ _

s í ß o w ³ o u _ ½ ¨ ¸ x 9 o < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ ½ ¨

% i H X <, ~ ½ Ó F g 5 Å q l " l oÛ ¼ s Ti K f ¨ Ã ºë H) 3 \ - t

4,965 eV\ " f Ó ü t \ _ ô Ç í ß ê ø Ís ´ ú § ¦, s í ß o w

³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ Ä »µ 1 Ï H Å Ð y n Cs Ó ü t \ _

#

~ ½ ÓK \ ¦ ~ Ã Îl M :ë H \ È Òõ U ·s Ø æì r y U ·t · ú § " f

½ ¨\ ô Ç> ´ ú § ¤ . : r ½ ¨\ " f H á ÔÛ ¼\ ¦ s 6 x

#

s í ß o w ³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x \ ' a ô Ç ½ ¨\ ¦ Ã º'

% i

H X <, 150 ∼ 200 nm ß ¼l _ s í ß o w ³ o u À Ò\ ¦ ô Ç t

\ ¦ ë ß × ¼ H S ! 8 ú ¤ ½ © Û ¦ \ < Êa [ O # Q" f ô Çt \ ¦ H Ê ê\ ô Ç t

\ ¦ & h ] X ô Ç ß ¼l Ð ¸ ú " f á ÔÛ ¼ z ´+ « >\ 6 x % i .

: r ½ ¨\ " f s í ß o w ³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ · ú Ð l

0 A # B j 9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ¦ Å Ð y n C` ¦ ¥ ¸s

"

f z ´+ « >` ¦ ' % i H X <, " l oÛ ¼ É r Å Ð y n C Ð \ - t

Z } É r ' a > Ð " l oÛ ¼ s y n C8 ú ¤ B ] j Ð" f_ % i ½ + É

`

¦ ½ + É כ Ü ¼ Ð # 4 R" f s í ß o w ³ o u, s í ß o w ³ o u \ B

j 9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ô Ç â Ä º, Õ ªo ¦ s í ß o w ³ o u \ B j

9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ¦ Å Ð y n C` ¦ ¥ ¸s H © I , s X O > [

j t © I \ " f á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r # s í ß o w

³ o

u _ o < Æ x 9 ô Ç/ B M ½ ¨ ¸_ : £ ¤$ í o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i .

II. ³ , Ö Ñ ÷ u ð ³

á ÔÛ ¼ H " l oÛ ¼ f ¨ Ã ºë H) 3 Â Ò' Õ ª s © _ \ -t % ò % i

t _ f ¨ Ã º> Ã º Ð+ { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð f ¨ Ã ºë H) 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' 50 eV 0 A t _ f ¨ Ã º> Ã º\ ¦ H $ Û ¼ (XANES, X-ray ab- sorption near edge structure) ¦, f ¨ Ã ºë H) 3 \ " f 50 eV 0 A_ Å Òl & h b a Ë >s e H Â Òì r` ¦ " l o á ÔÛ ¼ (EX- AFS, extended X-ray absorption fine structure) ¦ ô Ç

. " l oÛ ¼ ` ¦ Ó ü t| 9 \ ¥ ¸s , Ó ü t| 9 ` ¦ ½ ¨$ í H " é ¶ [ þ t ? / _

\ O B [ þ t s [ þ t # Q ¸ H " l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º ¦ [ þ t H

© I ÷ &# Q" f Z } É r ï r 0 A_ \ -t \ ¦ ° ú H y n C ÷ &

H X <, y n C _ î r1 l x \ -t H [ þ t # Q ¸ H " l oÛ ¼ _ \ - t

ü < \ O B \ ¦ Û ¦ # QÅ Òl 0 Aô Ç \ -t 7 £ ¤ f ¨ Ã ºë H) 3

\

-t ü <_ \ _ # & ñ ) a .

H $

Û ¼ % ò % i \ " f y n C H É r î r1 l x \ -t \ ¦ t ¦ î r 1

l

x Å Ò _ É r " é ¶ [ þ t ÐÂ Ò' í ß ê ø Í÷ & H ì ø Í \ " l o

á ÔÛ ¼ % ò % i \ " f y n C H H î r1 l x \ -t \ ¦ t ¦ î r 1

l

x Å Ò " é ¶ \ _ # í ß ê ø Í ) a . " f H $ Û ¼ H

"

é

¶ \ \ O B % i ~ " l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º ¦ y n C ÷ &

H õ & ñ õ Å Ò0 A ô Ç/ B M ½ ¨ ¸\ _ # & ñ ÷ & H ì ø Í \ " l o

á ÔÛ ¼ H & h Ü ¼ Ð Å Ò0 A ô Ç/ B M ½ ¨ ¸\ _ # & ñ ) a .

H $

Û ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # " l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º H " é ¶ _ í ß oÃ º, ô

Ç/ B M © I x 9 ¸ (LDOS, local density of state), ô Ç/ B M ½ ¨

¸& h : £ ¤$ í ` ¦ & ñ ½ + É Ã º e . ì ø Í \ " l o á ÔÛ ¼ H ô Ç/ B M

½

¨ ¸ s Ö © " é ¶ _ ½ + Ë o , ½ + Ë o _ Á º| 9 " f ¸, s Ö

© " é ¶ Ã º x 9 s Ö © " é ¶ _ 7 á x À Ó 1 p x \ y [4,5].

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼ Ð Ó ü t| 9 _ & ñ ½ ¨ ¸ H \ [ t s 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x #

& ñ ÷ & H X <, \ [ t s H & ñ ^ ? / " é ¶ [ þ t ç ß _ ¨ î ç H o

\ ¦ 8 £ ¤& ñ 9, È Òõ & ³p â (TEM) É r ô Ç/ B M " é ¶ [ þ t _

¨ î ç H o \ ¦ 8 £ ¤& ñ H X < Ä »´ ò . ¢ ¸ô Ç Å Ò ' V , & ³ p

â (STM) É r ³ ð _ " é ¶ ½ ¨ ¸ë ß 8 £ ¤& ñ 0 p x l M :ë H

\

, Ó ü t| 9 ? / " é ¶ ç ß _ z ´] j ½ + Ë o \ ¦ & ñ H X < H ô

Ç> e . s \ " f " l o á ÔÛ ¼ H : £ ¤& ñ ô Ç " é ¶ Å Ò0 A _

½ ¨ ¸\ ¦ f ] X 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e Ü ¼ 9, Ó ü t| 9 _ & ñ & ñ ¸

©

I \ % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Ît · ú §6 £ § Ü ¼ Ð ª ô Ç Ó ü t| 9 , : £ ¤ y ¸½ ¨

¸^ q & ñ | 9 , D ¥ ½ + ËÓ ü t x 9 Ó o^ 1 p x _ ô Ç/ B M ½ ¨ ¸\ ¦ ½ ¨

H X < ; ¤ V , > Ö ¸6 x| ¨ c Ã º e . > " l o á ÔÛ ¼ H ô Ç /

B

M o < Æ& h : £ ¤$ í \ ¸ y 9, L s M f ¨ Ã ºë H) 3 _ 8

£ ¤& ñ ` ¦ : x # _ Û ¼ 2 ; © I l o : £ ¤$ í ½ ¨\

¸ Ö ¸6 x| ¨ c Ã º e .

á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ É r È Òõ ü < (transmission) ì ø Í` ± y n C (fluores- cence) ¿ º t ¸× ¼ Ð 0 p x 9, [ þ t # Q ¸ H " l oÛ ¼ _ [ j l

ü < r « Ñ\ ¦ : x õ ô Ç " l oÛ ¼ _ [ jl \ ¦ 8 £ ¤& ñ ì ø Í` ± y n

C " l oÛ ¼ _ [ jl \ ¦ 8 £ ¤& ñ # & ñ ô Ç . È Òõ ) a " l oÛ ¼ _

[ jl H { 9 H " l oÛ ¼ _ [ jl ü < r « Ñ_ ¿ ºa Õ ª

(3)

o

¦ " l oÛ ¼ f ¨ Ã º > Ã º\ _ # l Õ ü t| ¨ c Ã º e Ü ¼ 9, 6

£

§ õ ° ú s ³ ð & ³ ½ + É Ã º e . I ^t (E) = I 0 e ^−µ(E)t , # l " f I _t H È Òõ ) a " l oÛ ¼ _ [ jl s 9, I 0 H { 9 H " l oÛ ¼ _

[ jl , µ(E) H f ¨ Ã º> Ã ºs ¦, t H r « Ñ_ ¿ ºa s .

ì

ø Í` ± y n C " l oÛ ¼ _ [ jl H ½ Ó y n C_ [ jl ô Ç â Ä º I f (E) = I 0 µ(E)ε(E)t/sinθ, # l " f I ^f (E) H ì ø Í` ± y n C [ j l

s 9, ε(E) H ì ø Í` ± y n C ´ òÖ ¦, Õ ªo ¦ θ H " l oÛ ¼ s r « Ñ

Ð [ þ t # Q ¸ H y ¸s [6]. È Òõ ¸× ¼ü < ì ø Í` ± y n C ¸× ¼ 8 £ ¤

&

ñ ` ¦ : x # % 3 É r f ¨ Ã º> Ã º µ(E) ÐÂ Ò' " l o á ÔÛ ¼\ ¦ % 3

`

¦ Ã º e . # l " f µ 0 (E) H ½ Ó f ¨ Ã ºs . " l o á ÔÛ ¼ H

"

l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º ¦ µ 1 ÚÜ ¼ Ð H y n C ü < Å Ò0 A_

É r " é ¶ \ _ # ÷ &4 A^ ) a y n C ç ß _ " f Ð ç ß [ O \ _ ô

Ç õ s 9, 6 £ § õ ° ú s l Õ ü t ½ + É Ã º e .

χ(k) = X

j

3(ˆ · ˆ R j ) ² S ² ₀ N j F j (k)

kR ² _j e ^−2k

²

^/σ

²^j

e ^−2R

^j

^/λ(k) sin[2kR j + Φ j (k)] . (1)

s

d \ " f k H y n C _ Ã º 7 ' , ˆ É r [ þ t # Q ¸ H " l oÛ ¼ _

l { © ~ ½ Ó ¾ Ó, ˆ R j H j P : " é ¶ _ ~ ½ Ó ¾ Ó, R ^j H j P : s

Ö © H " é ¶ , | 9 t _ ¨ î ç H o , N j H s Ö © " é ¶ _ Ã

º, S ² 0 É r y n C _ ~ ½ ÓØ ¦ õ _ # Q [ þ t> p u \ _ ô Ç " é ¶

_ + þ A` ¦ ì ø Í% ò H , F ^j H j P : " é ¶ , | 9 \ _ ô

Ç ÷ &4 A^ [ jl , Φ j (k) H y n C _ ÷ &4 A^ 1 p x \ _ ô Ç 8 ú x 0

A © o, λ(k) H y n C _ ¨ î ç H Ä » o , σ ^j H j P :

"

é

¶ , | 9 _ Á º| 9 " f\ ¦ Ä ºÛ ¼ ì r í Ð & ñ Ù þ ¡` ¦ M :, × æd Ü

¼ ÐÂ Ò' _ ³ ðï r¼ # s .

III. ÷ m Ç ] M ö

s

í ß o w ³ o u _ 8 ú ¤ B 6 x Õ ª@ / Ð © I \ ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 A

# ¸ · ú Ì q ts _ ß ¼l 150 x 9 200 nm © \ O 6 x

[ jü < À Ò { 9 s í ß o w ³ o u À Ò\ ¦ 6 x % i . ô Ç t

\ ¦ ë ß × ¼ H õ & ñ \ " f { Á ºü < S ! 8 ú ¤ ½ © Û ¦` ¦ [ O H é ß >

\

" f S ! 8 ú ¤ ½ ©ü < s í ß o w ³ o u · ú Ì q ts \ ¦ Ó ü t \ & h { © y Û ¦

¦ ¸ ú ¦ Y L > Û ¦ É r { Á º " é ¶ « Ñü < [ O # Q" f : x ~ ½ Ód Ü ¼ Ð ô

Çt \ ¦ ë ß [ þ t% 3 . s í ß o w ³ o u` ¦ [ O É r ô Çt H Õ ªZ þ t \

"

f ; ;y ´ ú § 4 Ü ¼ 9, SEM 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # s í ß o w ³ o u

· ú

Ì q ts ô Çt _ { Á º $ 3 Ä »| 9 s \ Y J ¦À Ò [ þ t # Q

e

H כ ` ¦ S X % i . ¢ ¸ô Ç s í ß o w ³ o u · ú Ì q ts _ ß ¼ l

\ H o \ O 6 £ §` ¦ S X % i Ü ¼ 9, XPS 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x

#

s í ß o w ³ o u _ í ß oÃ º\ ¸ o \ O 6 £ §` ¦ S X

% i [6].

á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 A # s í ß o w ³ o u s ' ) a ô Çt

\

¦ 1 × 1 cm ² _ ß ¼l Ð ¸ ú " f e ¦ Û ¼h Ë : 4 x t \ V , ¦ x 9

4 x ) a © I \ " f z ´r % i . y n C8 ú ¤ B _ ì ø Í6 £ x` ¦ Ö ¸$ í o

l 0 A # 7 £ x À ÓÃ ºü < [ O # Q" f 5 % Ð ë ß H B j 9 E $ ^ ¦ À Ò (methylene blue, C 16 H 18 N 3 SCl)6 xÓ o` ¦ e ¦ Û ¼h Ë : 4 x t 5 Å q

s

í ß o w ³ o u s Ø æì r y ] X ` ¦ ë ß p u V , É r © I \ " f á Ô Û

¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r % i . á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ É r í ½ Ó5 Å q l 3C1 c

\ " f z ´r % i Ü ¼ 9, " l oÛ ¼ _ \ -t H Si(111)` ¦ s

6 x ô Ç © & ñ ô ÇÒ oë ß [ þ t > h (double-crystal monochroma- tor)\ ¦ s 6 x # × þ % i ¦, 30 % # QF M ´ ú » ¡ §` ¦ (detune) s

6 x # Z } É r # QÖ ¦a Ë > 1 l x (harmonic waves) _ " l oÛ ¼

`

¦ ] j % i . Õ ª@ / Ð z ´+ « > É r 6000 µW/cm ² , 365 nm _

Å

Ð 1 p x` ¦ q Æ Ò " f á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ © : r @ /l · ú \

"

f z ´r % i . " l oÛ ¼ É r Å Ð y n C Ð \ -t Z }

"

f y n C8 ú ¤ B 6 x \ % ò ¾ Ó` ¦ p } 9 כ Ü ¼ Ð \ V © ÷ &# Q" f B j 9 E $

^ ¦ À Ò\ ¦ & h 6 x t · ú § É r s í ß o w ³ o u õ , B j 9 E $ ^ ¦ À Ò ë

ß & h 6 x ô Ç s í ß o w ³ o u Õ ªo ¦ B j 9 E $ ^ ¦ À Òü < Å Ð

1 p x` ¦ & h 6 x ô Ç s í ß o w ³ o u \ @ / # á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ z

´r % i .

IV. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

s

í ß o w ³ o u _ 8 ú ¤ B 6 x É r s í ß o w ³ o u _ 3d © I

\ e H f ] X & h Ü ¼ Ð ' aº s e ` ¦ כ Ü ¼ Ð \ V ©

÷

&# Q w ³ o u 3d © I _ o\ ¦ 1s © I _ \ ¦ [ þ t ä ¼>

# ¶ ú ( R Ð ¤ . w ³ o u É r 22 > h_ \ ¦ t m ¦ e H

"

é

¶ è Ð w ³ o u · û ª É r } \ " f w ³ o u É r í ß oÃ º 0` ¦ t 9, 3d o U ´\ H (orbital) 4 > h_ Ð G 0 >4 R e .

w

³ o u s í ß èü < ½ + Ë # s í ß o w ³ o u s ÷ & w

³ o

u É r í ß oÃ º +4 ÷ &# Q 3d o U ´\ H \ O H

© I ) a . Õ ªa Ë > 1 É r w ³ o u _ K ë H) 3 \ -t H % _

"

l oÛ ¼ f ¨ Ã º> Ã º\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ Ð f ¨ Ã º> Ã º w ³ o u` ¦

í < Êô Ç Ó ü t| 9 _ : £ ¤$ í \ " f B Ä º 2 £ §` ¦ · ú Ã º e .

í

ß oÃ º 0 © I _ w ³ o u · û ª É r } â Ä º\ q # í

ß oÃ º +4 s í ß o w ³ o u _ " l oÛ ¼ ë H) 3 f ¨ Ã º H B

(4)

Fig. 1. Normalized X-ray absorption spectra at Ti K edge from (a) anatase and (b) rutile TiO ₂ nanoparticles.

Dotted-dashed lines are for Ti foil.

Ä

º Ø Ô 9, ° ú É r s í ß ow ³ o u _ â Ä º [ jü < À Ò { 9

½ ¨ ¸ ° ú H ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í \ _ # ë H) 3 f ¨ Ã º ¢ ¸ ô

Ç % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î H H כ ` ¦ H $ Û ¼ y n C{ (spectrum) ¸ ú Ð

#

Å Ò ¦ e . H $ Û ¼ y n C{ H " l oÛ ¼ \ _ # [ þ t H © I

)

a 1s © I _ 3d © I _ \ -t { Ð ` ^ \ _

#

H כ Ü ¼ Ð 3d © I \ ¦ ¸ ú · p . Õ ªa Ë > 1 É r s í

ß o w ³ o u õ B j 9 E $ ^ ¦ À Òü < Å Ð y n C` ¦ & h 6 x ô Ç s í ß

o w ³ o u \ @ /ô Ç H $ Û ¼ Ð [ jü < À Ò { 9 ½ ¨ ¸_ s í

ß o w ³ o u ¸¿ º\ " f Å Ð y n C_ & h 6 x \ _ ô Ç o

_ \ O 6 £ §` ¦ · ú Ã º e .

w

³ o u 3d © I _ \ -t { \ É r _ © I x 9 ¸

\

¦ Ð & ñ | ¾ Ó& h ì r$ 3 ` ¦ 0 A # FEFF8 ï× ¼\ ¦ [7] s 6 x

# s í ß o w ³ o u _ H $ Û ¼ ì r$ 3 ` ¦ % i . Õ ªa Ë > 2(a) H FEFF8` ¦ s 6 x # [ jü < À Ò { 9 ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H s í

ß o w ³ o u _ H $ Û ¼\ ¦ > í ß ô Ç כ s . [ jü < À Ò { 9

s í ß o w ³ o u \ " f y w ³ o u " é ¶ H 6 > h_ í ß è\ _

# Ñ ü t Q Á ú ¢# e Ü ¼ 9, ¼ 1 Ï ^ ½ ¨ ¸\ ¦ + þ A$ í ô Ç . w

³

o u- í ß è\ _ ô Ç ¼ 1 Ï ^ ½ ¨ ¸\ " f w ³ o u _ 3d © I _

ü < í ß è_ 2p © I _ H " f Ð [ O # e Ü ¼ 9, w ³ o u õ

í ß è_ = å Jj Ë µõ í ß èü < í ß è_ x 9 j Ë µs ¼ 1 Ï ^ _ y ~ ½ Ó

¾ Ó\ Ø Ô> 6 x > ) a . Õ ª õ ¼ 1 Ï ^ _ = G t ~ ½ Ó

¾ Ó_ U ´s ~ ½ Ó ¾ Ó_ U ´s ü < è Ø Ô> + þ A ) a . s

+ þ AÜ ¼ Ð # w ³ o u _ 3d © I \ -t g Ë >

s

(degeneracy) Û ¦ o 9, ¢ ¸ô Ç w ³ o u _ 3d © I ü < í ß è _

2p © I " f Ð [ O 4 Al © I ) a . s Ð #

_ 1s → 3d ` ^ s { 9 # Q H כ s . [ jü < À Ò

{ 9 ½ ¨ ¸_ s í ß o w ³ o u \ " f w ³ o u s : r É r ¸¿ º í ß

è 8> hü < ½ + Ë # ¼ 1 Ï ^ ½ ¨ ¸\ ¦ + þ A$ í l M :ë H \ w

³ o

u _ f ¨ Ã º ë H) 3 · ú ¡\ H É r [ j > h_ 4 x Ä ºo H w

³ o u 3d © I Ã ºü < f ] X & h ' aº s e Ü ¼ 9, ¿ º ½ ¨ ¸\ " f B

Ä º Ä » ô Ç : £ ¤$ í s ' a ¹ 1 Ï ) a . f ¨ Ã º ë H) 3 ` ¦ t " f

H f ¨ Ã º> Ã º H © s 0 Au ô Ç í ß è÷ r ë ß m Å

Ò0 A_ É r " é ¶ [ þ t \ _ ô Ç ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í _ % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î l

M :ë H \ [ jü < À Ò { 9 ½ ¨ ¸\ " f è s Ò q t

^

` ¦ · ú Ã º e . Õ ª@ / Ð 8 £ ¤& ñ \ " f Å Ð y n C_ > r F \ H $

Û ¼ % ò ¾ Ó` ¦ _ ~ Ã Ît · ú § H H כ É r 8 ú ¤ B 6 x × æ \ w

³ o u _ 3d © I _ o \ O 6 £ §` ¦ _ p H כ s

.

Õ

ªa Ë > 2(b) H H $ Û ¼ > í ß Ü ¼ ÐÂ Ò' % 3 É r 3d _ ô Ç/ B M

© I x 9 ¸ (local density of state)\ ¦ ? / ¦ e . > í

ß ) a ô Ç/ B M x 9 ¸ © I \ " f f ¨ Ã º ë H) 3 · ú ¡ 4 x Ä ºo 3> h 3d

© I x 9 ¸ Z } É r / B M \ K { © ) a H כ ` ¦ · ú Ã º e

. w ³ o u _ â Ä º Å Ò0 A_ w ³ o u s & ñ S X > ¼ 1 Ï ^ \ ¦ s

À Òl M :ë H \ 3d © I 5 g4 R" f ô Ç > h_ 4 x Ä ºo

H ì ø Í \ s í ß o w ³ o u _ â Ä º ¼ 1 Ï ^ è + þ

A÷ &# Q" f # Q > h_ 4 x Ä ºo è ß . [ j À Ò

{ 9 s í ß o w ³ o u _ â Ä º 4 x Ä ºo _ 0 Au ü < [ jl _

Ä » > H X <, s כ É r [ jü < À Ò { 9 ½ ¨

¸\ " f w ³ o u- í ß è ¼ 1 Ï ^ Ä » ô Ç ½ ¨ ¸\ ¦ ¦ e 6 £ §

`

¦ _ p ô Ç . Ð & ñ S X ô Ç ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦ & ñ l 0 A

# " l o á ÔÛ ¼ ì r$ 3 ` ¦ % i .

Õ

ªa Ë > 3 É r " l oÛ ¼ f ¨ Ã º> Ã º\ " f f ¨ Ã ºë H) 3 0 A\ " f " l oÛ ¼

_ \ -t \ " f b o H Â Òì r \ " f C â f ¨ Ã º\ ¦ ] j

ô Ç Ê ê\ " l o á ÔÛ ¼ ñ\ ¦ % 3 % 3 . Õ ªa Ë > 3(a) H [

js ¦ (b) H À Ò { 9 s í ß o w ³ o u Ü ¼ ÐÂ Ò' 8 £ ¤& ñ ) a " l o

á ÔÛ ¼s . 0 A ÐÂ Ò' s í ß o w ³ o u ë ß 8 £ ¤& ñ ô Ç â Ä º, B j

9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ô Ç â Ä º, Õ ªo ¦ B j 9 E $ ^ ¦ À Òü < Å Ð

1 p x` ¦ & h 6 x ô Ç â Ä ºs . y n C _ î r1 l x | ¾ Ó Ã º < ÊÃ º Ð

è ß " l o á ÔÛ ¼ ñ\ " f ç ß _ o e H כ s ' a 8

£

¤ ÷ &% 3 . î r1 l x | ¾ Ó_ Ã º < ÊÃ º Ð · p " l o á ÔÛ ¼ ÐÂ Ò '

H & ñ S X ô Ç s \ ¦ · ú l ~ 1 t · ú § H כ ` ¦ · ú Ã º e

. É Òo \ ¨ 8 ` ¦ : x # " l o á ÔÛ ¼\ ¦ o _ < ÊÃ º Ð Ë

¨ Ð " î S X ô Ç o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï ½ + É Ã º e .

Õ

ªa Ë > 4 H w ³ o u Ü ¼ ÐÂ Ò' _ o Ð · p " l o á ÔÛ ¼ s

. ' Í P : 4 x Ä ºo H w ³ o u " é ¶ Å Ò0 A\ 0 Au ô Ç ' Í

P : 6> h_ í ß ès ¦, ¿ º P : 4 x Ä ºo H ¿ º P : s Ö ©

H w ³ o u " é ¶ [ þ t s ¦, [ j P : 4 x Ä ºo ¸ w ³ o u " é ¶ [ þ t

\

_ ô Ç כ s . o _ < ÊÃ º Ð · p " l o á ÔÛ ¼ H Ð ì

r" î ô Ç s \ ¦ Ð# Å Ò ¦ e H X <, $ [ j s í ß o w

³ o u Ü ¼ ÐÂ Ò' 8 £ ¤& ñ ) a " l o á ÔÛ ¼ü < B j 9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ % o

Ç s e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . ì ø Í \ À Ò { 9 s í ß o w

³ o u _ â Ä º ' Í P : 4 x Ä ºo H o e H ì ø Í \ É r

(5)

Fig. 2. (Color online) (a) (solid lines) measured and (dotted lines) calculated XANES at Ti K edge from anatase and rutile TiO 2 nanoparticles. (b) Calculated LDOS of the Ti 3d electrons.

Fig. 3. EXAFS from (a) anatase and (b) rutile TiO ₂ nanoparticles measured at different conditions, (top) TiO ₂ only, (middle) TiO ₂ + methylene blue and (bot- tom) TiO ₂ + methylene blue + UV light, as functions of the photoelectron wave number vector, k.

4 x Ä ºo \ H H s \ O 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . : £ ¤ y × æ כ ¹ô Ç

כ

É r Å Ð 1 p x` ¦ ¥ ¸s t · ú § É r r « Ñ\ " f_ o S X

9, Å Ð 1 p x` ¦ ¥ ¸ â Ä ºü < B Ä º Ä » H כ s

. s כ É r Å Ð y n C Ð \ -t H " l oÛ ¼ s Å Ð

y n Cõ ° ú É r ´ òõ \ ¦ y n C8 ú ¤ B 6 x \ p ' ¬ I H כ ` ¦ _ p

H כ s . s כ É r " l oÛ ¼ ` ¦ s 6 x # Å Ð y n C8 ú ¤ B

Fig. 4. Magnitude of Fourier transformed EXAFS of (a) anatase and (b) rutile TiO 2 measured at different conditions, as functions of distance from a Ti atom.

Ó

ü t| 9 _ y n C8 ú ¤ B 6 x \ % ò ¾ Ó` ¦ p u t · ú § ¦ 1 l qw n & h Ü ¼ Ð

Å

Ð y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º \ O 6 £ §` ¦ _ p H כ s

. Õ ª Q : r ½ ¨\ " f H B j 9 E $ ^ ¦ À Ò 6 xÓ o` ¦ ' t

· ú

§ É r â Ä º y n C8 ú ¤ B 6 x É r B Ä º p p ô Ç כ Ü ¼ Ð z Ü ¼

Ð B j 9 E $ ^ ¦ À Ò 6 xÓ o` ¦ ' ô Ç â Ä ºü < Õ ªX O t · ú § É r â Ä º _

(6)

_

½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í _ o\ ¦ " l oÛ ¼ õ Á º ' a > & ñ ½ + É Ã

º e % 3 .

"

l o á ÔÛ ¼\ " f 4 x Ä ºo _ [ jl H { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð " é ¶ , | 9

?

/_ " é ¶ Ã ºü < ½ + Ë o _ Á º| 9 " f ¸\ _ # & ñ ) a

. Ð & ñ | ¾ Ó& h ½ + Ë½ ¨ ¸\ ¦ · ú l 0 A # " l o á ÔÛ ¼ X <

s

#

Q Ðl H s p É r 7 Hë H \ µ 1 Ï³ ð÷ &# Q e [8]. [ j s

í ß o w ³ o u " l o á ÔÛ ¼ ´ ú Æ Ò# Q Ðl ÐÂ Ò' w ³ o u s : r

\

½

+ Ë o É r W 1 > h\ q # Â ú ª É r כ s S X ÷ &% 3 . s

כ

É r " l oÛ ¼ \ [ t s ÐÂ Ò' ' a8 £ ¤ ) a õ ü < É r כ s .

"

l oÛ ¼ \ [ t s 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # & ñ ) a ¼ 1 Ï ^ _ = G t & h

\

>

h_ Ti-O\ q # | כ Ü ¼ Ð · ú 9& Ü ¼ , " l o á ÔÛ ¼ ì r

$ 3

õ H ì ø Í@ / Ð = G t & h \ 0 Au ô Ç í ß è_ 0 Au \ 0

Au ô Ç í ß è_ 0 Au Ð Â ú ª H כ ` ¦ Ð# Å Ò% 3 . À Ò { 9

s í ß o w ³ o u _ â Ä º\ ¸ " l o á ÔÛ ¼ ì r$ 3 õ H

[ jü < ° ú s Ti-O ¼ 1 Ï ^ _ = G t & h \ 0 Au ô Ç í ß èü <

_

½ + Ë o \ 0 Au ô Ç í ß èü <_ ½ + Ë o Ð Â ú ª

H כ ` ¦ Ð# Å Ò% 3 .

[ j TiO 2 _ â Ä º y n C8 ú ¤ B 6 x × æ \ 8 £ ¤& ñ ) a " l o á

\

õ H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 [6]. 7 £ ¤ 8 ú ¤ B 6 x × æ \ ½ + Ë

\

½ + Ë o _ Á º| 9 " f ¸ H è 7 £ x ô Ç H כ s ´ ú Æ Ò

#

Q Ðl ì r$ 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' · ú Ã º e % 3 . " l o á ÔÛ ¼ X <s ' ´ ú Æ

Ò# Q Ðl _ & ñ | ¾ Ó& h õ H Ã Ð ¦ë H ³ 6\ µ 1 Ï³ ð÷ &# Q e

. À Ò { 9 TiO 2 _ â Ä º y n C8 ú ¤ B 6 x × æ \ Ti-Oç ß _

½

+ Ë o è Â ú ª t H כ s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . : r ½ ¨\ " f

6 x ) a TiO 2 · ú Ì q ts _ ß ¼l 150 ∼ 200 nme ` ¦ y î ß

, ¸ · ú Ì q ts ³ ð \ 0 Au ô Ç " é ¶ _ q H ^ " é ¶

\ q # 3 % p ë ß s H כ ` ¦ ç ß é ß ô Ç ¸4 S q > í ß ` ¦ [6] : x # · ú Ã º e . ³ ð \ ì r íô Ç 3 %_ s : r ë ß 8 ú ¤ B

6 x \ ' a # ½ + É â Ä º Qt s : r É r o \ O # Q

H X <, " l o á ÔÛ ¼ H @ /Â Òì r _ s : r s y n C8 ú ¤ B 6 x \ ' a #

< Ê` ¦ ? / H כ s . s כ É r t F K t · ú 9 8 ú ¤ B 6

x É r ³ ð _ s : r \ _ # { 9 # Qè ß H כ \ ì ø Í H כ s

#

Å Ò% 3 H X <, s כ É r y n C 8 ú ¤ B 6 x × æ \ í ß è ß ¼> % ò

¾ Ó` ¦ p g Ë >` ¦ _ p H כ s . y n C8 ú ¤ B 6 x × æ \ [

j TiO 2 À Ò { 9 TiO ₂ \ q # 8 H o\ ¦ Ð# Å Ò

% 3

H X <, s כ É r [ j TiO ² _ y n C8 ú ¤ B ´ òÖ ¦ s À Ò { 9 TiO 2 \ q # _ ¿ º C s Z } É r כ õ H ' a$ í s

e . [ j TiO ² _ ½ ¨ ¸ À Ò { 9 TiO 2 \ q

#

W = î ß & ñ & h s 9, s [ j TiO ² y n C8 ú ¤ B 6 x

×

æ \ ü @Â Òü < § ¨ 8 ` ¦ 8¹ ¡ ¤ " é ¶ Ö ¸ y ½ + É Ã º e H כ ` ¦ _

p H כ s .

V. + s Ç Â ] Ø

y n

C8 ú ¤ B ] j Ð V , o 6 x ÷ & ¦ e H s í ß ow ³ o u _ ô Ç/ B M

o < Æ x 9 ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í _ o\ ¦ á ÔÛ ¼ l Z O ` ¦ s 6 x

#

w ³ o u K f ¨ Ã º ë H) 3 H % \ " f ½ ¨ % i . y n C8 ú ¤ B Õ ª

@

/ Ð 8 £ ¤& ñ \ " f H $ Û ¼ % ò % i \ " f H o\ ¦ y t ½ + É Ã º \ O % 3 Ü

\

H o \ O 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 . " l o á ÔÛ ¼ ì r$ 3 ` ¦ : x

# y n C8 ú ¤ B 6 x × æ \ [ j TiO ² _ Ti-O ¼ 1 Ï ^ \

"

f Ti-O ½ + Ë o ü < ½ + Ë o _ Á º| 9 " f ¸ H כ s

' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . À Ò { 9 TiO 2 _ â Ä º y n C8 ú ¤ B 6 x × æ \ Ti-O ½ + Ë o × ¦ # Q[ þ U s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . TiO ² _ y n C8 ú ¤ B ì

. 7 £ ¤ TiO 2 \ " f í ß è ¢ ¸ H í ß è_ y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x

\

f ] X & h Ü ¼ Ð ' a # ô Ç H כ s . ¢ ¸ô Ç : r ½ ¨\ " f " l o Û

¼ s Å Ð 1 p x õ Ä » > y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ 8 ú ¤ r

H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 .

P

c p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H · ¡ ¤ @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶Ò q t t " é ¶ á Ô ÐÕ ªÏ þ õ

· ¡

¤ @ / < Æ § Â Ò[ O Ö 6 x ½ + Ëõ < Æ ½ ¨ è_ t " é ¶ \ _ # Ã º' ÷ &

% 3

6 £ §.

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] S. Wendt, P. T. Sprunger, E. Lira, G. K. H. Mad- sen, Z. Li, J. O. Hansen, J. Mattiesen, A. Blekinge- Rasmussen, E. Laegaard, B. Hammer and F. Besen- bacher, Science 320, 1755 (2008).

[2] S. U. M. Khan, M. Al-Shahry and W. B. Ingler Jr, Science 297, 2243 (2002).

[3] T. L. Hsiung, H. P. Wang and H. P. Lin, J. Phys.

Chem. Solids 69, 383 (2008).

(7)

[4] D. E. Sayers, E. A. Stern and F. W. Lytle, Phys. Rev.

Lett. 27, 1204 (1971).

[5] S. W. Han, Int. J. Nanotechnology 3, 396 (2006).

[6] J.-S. Jeon, B.-H. Kim, C.-I. Park, S.-Y. Seo, C. Kwak, S.-H. Kim and S.-W. Han, Jpn. J. Appl. Phys. 49, 031105 (2010).

[7] A. L. Ankudinov, B. Ravel, J. J. Rehr and S. D. Con- radson, Phys. Rev. B. Lett. 58, 7565 (1998).

[8] S.-W. Han, E. A. Stern, D. Hankel and A. R.

Moodenbaugh, Phys. Rev. B. 66, 94101 (2002).

12 Z 4, pp. 1137∼1143

12 Z 4, pp. 1137∼1143



³ ­ õ u § T  Ó Þ X ¢ ö m Í   ×8 0< g T   m× D X   Õ Û x ¢ °  on T   X ¢% ¤ ª   º  ì Å 

+ ä

ª <) o  ·  »+ ä ¸ 6 Ò ·    ç ¡ - > · Â 6 Ò ç ¡] 8 ;



 · ¡ ¤ @ / < Æ §, Ó ü t o  §¹ ¢ ¤  < Æõ  x 9 Ö 6 x ½ + Ëõ  < Æ  ½ ¨ è,   Å Ò 561-756

b 9 ø ¶ B\ ï >



 · ¡ ¤ @ / < Æ § Ö 6 x ½ + Ëõ  < Æ   ½ ¨ è x 9   Å Ò   H% ò #   ¦1 p x  < Æ §,   Å Ò 560-867 (2011¸  10 Z 4 17{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2011¸  12 Z 4 1{ 9  > F  S X & ñ )



á ÔÛ ¼ (XAFS) l Z O `  ¦ s 6 x #  y n C8 ú ¤ B ] j s í ß  o w  ³ o u (TiO

) _  y n C8 ú ¤ B  ì ø Í6 £ x ×  æ _  ô  Ç/ B M ½ ¨ ¸ü <

o < Æ& h   : £ ¤$ í   o\  ¦  Å  Ð  y n C   1 p x`  ¦ ¥ ¸s   " f Õ ª@ / Ð (in-situ) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð   ½ ¨ % i  . H $ Û ¼  H y n C 8

ú

¤ B  ì ø Í6 £ x ×  æ \  w  ³ o u _  3d    _   © I x 9  ¸\   H  H   o \ O % 3 Ü ¼ 9, 3d     y n C8 ú ¤ B  ì ø Í6 £ x \    _

  ' a #  t  · ú §  H   H  כ `  ¦  Ð# Å Ò% 3  . " l o á ÔÛ ¼ (EXAFS) ì  r$ 3 `  ¦ :  x #  y n C8 ú ¤ B  ì ø Í6 £ x ×  æ \  Ti-O

 

½ + Ë  o ü < Á º| 9 " f ¸   o   H  כ s   ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, y n C8 ú ¤ B  ì ø Í6 £ x Ü ¼ Ð   #  Ti-O ¼ 1 Ï  ^  ½ ¨ ¸\ 



 + þ As  e  6 £ §`  ¦ S X    % i  .

Ù þ

d  # Q: y n C8 ú ¤ B , " l o á ÔÛ ¼, s í ß  ow  ³ o u, ½ ¨ ¸

Local Structural Properties of Photocatalyst TiO 2 Nanoparticles Studied by Using XAFS

E.-S. Jeong · Zhenlan Jin · C.-I. Park · S.-W. Han ∗

Department of Physics Education and Institute of Fusion Sciences, Chonbuk National University, Jeonju 561-756

J.-S. Jeon

Institute of Fusion Science and Jeonju Geunyoung Girls High School, Jeonju 560-867 (Received 17 October 2011 : accepted 1 December 2011)

The local structural and chemical properties of photocatalyst TiO

nanoparticles were examined using in-situ XAFS under ultraviolet light. XANES showed that the local density of states of the 3d electrons in Ti nearly unchanged during the photocatalysis, suggesting that the 3d electrons are irrelevant to the photocatalytic reaction of TiO

. EXAFS measurements showed that the bond length and the displacement of Ti-O pairs changed during the photocatalysis. We also observed that the Ti-O octahedra were deformed due to the photocatalysis.

PACS numbers: 61.05.Cj, 61.46.Hk, 61.72.uj Keywords: Photocatalyst, TiO2, EXAFS, Structure

E-mail: [email protected]

-1137-

I. " e Â ] Ø



  5 Å q _  s í ß  o w  ³ o u(TiO 2 )  H Å Ò Ð    [ j (anatase), À Ò { 9 (rutile) x 9 Ú ÔÀ Ò s à Ô(brookite) [ j  t

_   É r   & ñ ½ ¨ ¸\  ¦ t  ¦  > r F   9, y n C8 ú ¤ B , I  ª   t

, Û ¼ G ' p" f x 9  2 ;Ò q t^  Ó ü t| 9  6 £ x6 x`  ¦ 0 A #  ´ ú § É r   ½ ¨

 s À Ò# Qt  ¦ e    [1, 2]. : £ ¤ y  þ j   H \  @ /^  \  -t \ 

@

/ô  Ç  ' a d  s   ¦ ¸÷ &  " f  ©   H  ' a d  `  ¦ ã ¼  H  כ s  I  ª 



 t s  9, s í ß  o w  ³ o u É r " é ¶   {  H 2 O/O 2 \  -t  ï

 r 0 A Ð  ± ú  ¦ H 2 /H 2 O \  -t  ï  r 0 A Ð   H Z  }  " f  ©  s

 © & h   I  ª   t  F « Ñ Ð #  t  ¦ e    [2]. s í ß  o w 

³ o u   & ñ ^  ×  æ 8 ú ¤ B ] j Ð  ©  V , o   6 x ÷ & ¦ e    H   

[ j_  \  -t  {  : £ § É r 3.2 eV  Ð À Ò { 9 _  3.0 eV  Ð 

 è Z  } Ü ¼ 9,  ¸¿ º  Å  Ð  (ultraviolate) y n C`  ¦ ~ Ã ÎÜ ¼  ,  



[ þ t s  [ þ t  H  © I  ÷ &# Q y n C8 ú ¤ B    6 x s  { 9 # Qè ß  .

s

í ß  o w  ³ o u _  y n C8 ú ¤ B  : £ ¤$ í `  ¦ s 6 x ô  Ç ´ ú § É r   ½ ¨[ þ t s

 s À Ò# Q&  t ë ß , y n C8 ú ¤ B  B j& m 7 £ §`  ¦ s K  l  0 Aô  Ç  

½

¨  H B Ä º ] jô  Ç& h Ü ¼ Ð s À Ò# Q4 R M ® o . y n C8 ú ¤ B _    6 x B j

m 7 £ § É r Õ ª@ / Ð (in-situ) 8 £ ¤& ñ `  ¦ :  x #    ½ ¨ 0 p x  t

ë ß , Õ ª@ / Ð ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð y n C8 ú ¤ B _  o < Æ& h     o\  ¦ 8 £ ¤& ñ

  H  כ  É r    ï ~ 1 t  · ú §  [3]. s    _    ½ ¨  H s í ß  o w 

³ o u _  y n C8 ú ¤ B    6 x`  ¦ s K  l  0 A #  s í ß  o w  ³ o u

À Ò\  ¦ Ó  o^  7 £ ¤ 7 £ x À ÓÃ º 5 Å q \  V ,  ¦  á ÔÛ ¼ (XAFS, X-ray absorption fine structure) z ´+ « >`  ¦ :  x #  y n C8 ú ¤ B    6 x ×  æ _

 s í ß  o w  ³ o u _  ½ ¨ ¸ x 9 o < Æ& h   : £ ¤$ í   o\  ¦   ½ ¨

% i   H X <, ~ ½ Ó  F g 5 Å q l  " l oÛ ¼  s  Ti K f  ¨ Ã ºë  H) 3 \  - t

     4,965 eV\ " f Ó ü t \  _ ô  Ç í ß ê ø Ís  ´ ú § ¦, s í ß  o w 

³ o u _  y n C8 ú ¤ B    6 x`  ¦ Ä »µ 1 Ï   H  Å  Ð  y n Cs  Ó ü t \  _  

#

 ~ ½ ÓK \  ¦ ~ Ã Îl  M :ë  H \  È Òõ  U ·s  Ø  æì  r y  U ·t  · ú § " f



 ½ ¨\  ô  Ç>  ´ ú §  ¤ .  : r   ½ ¨\ " f  H  á ÔÛ ¼\  ¦ s 6 x 

#

 s í ß  o w  ³ o u _  y n C8 ú ¤ B    6 x \   ' a ô  Ç   ½ ¨\  ¦ Ã º'   

% i

  H X <, 150 ∼ 200 nm ß ¼l _  s í ß  o w  ³ o u À Ò\  ¦ ô  Ç t

\  ¦ ë ß × ¼  H S ! 8 ú ¤ ½ © Û  ¦ \   < Êa  [ O # Q" f ô  Çt \  ¦   H Ê ê\  ô  Ç t

\  ¦ & h ] X ô  Ç ß ¼l  Ð ¸ ú  " f  á ÔÛ ¼ z ´+ « >\   6 x % i  .



: r   ½ ¨\ " f s í ß  o w  ³ o u _  y n C8 ú ¤ B    6 x`  ¦ · ú   Ð l

 0 A #  B j 9 E $ ^  ¦ À Ò\  ¦ '    ¦  Å  Ð  y n C`  ¦ ¥ ¸s  

"

³ õ u § T Ó Þ X ¢ ö m Í ×8 0< g T m× D X Õ Û x ¢ ° on T X ¢% ¤ ª º ì Å

ª <) o · »+ ä ¸ 6 Ò · ç ¡ - > · Â 6 Ò ç ¡] 8 ;

· ¡ ¤ @ / < Æ §, Ó ü t o §¹ ¢ ¤ < Æõ x 9 Ö 6 x ½ + Ëõ < Æ ½ ¨ è, Å Ò 561-756

· ¡ ¤ @ / < Æ § Ö 6 x ½ + Ëõ < Æ ½ ¨ è x 9 Å Ò H% ò # ¦1 p x < Æ §, Å Ò 560-867 (2011¸ 10 Z 4 17{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2011¸ 12 Z 4 1{ 9 > F S X & ñ )

á ÔÛ ¼ (XAFS) l Z O ` ¦ s 6 x # y n C8 ú ¤ B ] j s í ß o w ³ o u (TiO

) _ y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x × æ _ ô Ç/ B M ½ ¨ ¸ü <

o < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ Å Ð y n C 1 p x` ¦ ¥ ¸s " f Õ ª@ / Ð (in-situ) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ½ ¨ % i . H $ Û ¼ H y n C 8

¤ B ì ø Í6 £ x × æ \ w ³ o u _ 3d _ © I x 9 ¸\ H H o \ O % 3 Ü ¼ 9, 3d y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x \ _

' a # t · ú § H H כ ` ¦ Ð# Å Ò% 3 . " l o á ÔÛ ¼ (EXAFS) ì r$ 3 ` ¦ : x # y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x × æ \ Ti-O

½ + Ë o ü < Á º| 9 " f ¸ o H כ s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, y n C8 ú ¤ B ì ø Í6 £ x Ü ¼ Ð # Ti-O ¼ 1 Ï ^ ½ ¨ ¸\

+ þ As e 6 £ §` ¦ S X % i .

d # Q: y n C8 ú ¤ B , " l o á ÔÛ ¼, s í ß ow ³ o u, ½ ¨ ¸

Local Structural Properties of Photocatalyst TiO ₂ Nanoparticles Studied by Using XAFS

E.-S. Jeong · Zhenlan Jin · C.-I. Park · S.-W. Han ^∗

5 Å q _ s í ß o w ³ o u(TiO 2 ) H Å Ò Ð [ j (anatase), À Ò { 9 (rutile) x 9 Ú ÔÀ Ò s à Ô(brookite) [ j t

_ É r & ñ ½ ¨ ¸\ ¦ t ¦ > r F 9, y n C8 ú ¤ B , I ª t

, Û ¼ G ' p" f x 9 2 ;Ò q t^ Ó ü t| 9 6 £ x6 x` ¦ 0 A # ´ ú § É r ½ ¨

s À Ò# Qt ¦ e [1, 2]. : £ ¤ y þ j H \ @ /^ \ -t \

/ô Ç ' a d s ¦ ¸÷ & " f © H ' a d ` ¦ ã ¼ H כ s I ª

t s 9, s í ß o w ³ o u É r " é ¶ { H ² O/O 2 \ -t ï

r 0 A Ð ± ú ¦ H 2 /H ₂ O \ -t ï r 0 A Ð H Z } " f © s

© & h I ª t F « Ñ Ð # t ¦ e [2]. s í ß o w

³ o u & ñ ^ × æ 8 ú ¤ B ] j Ð © V , o 6 x ÷ & ¦ e H

[ j_ \ -t { : £ § É r 3.2 eV Ð À Ò { 9 _ 3.0 eV Ð

è Z } Ü ¼ 9, ¸¿ º Å Ð (ultraviolate) y n C` ¦ ~ Ã ÎÜ ¼ ,

[ þ t s [ þ t H © I ÷ &# Q y n C8 ú ¤ B 6 x s { 9 # Qè ß .

í ß o w ³ o u _ y n C8 ú ¤ B : £ ¤$ í ` ¦ s 6 x ô Ç ´ ú § É r ½ ¨[ þ t s

s À Ò# Q& t ë ß , y n C8 ú ¤ B B j& m 7 £ §` ¦ s K l 0 Aô Ç

¨ H B Ä º ] jô Ç& h Ü ¼ Ð s À Ò# Q4 R M ® o . y n C8 ú ¤ B _ 6 x B j

m 7 £ § É r Õ ª@ / Ð (in-situ) 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # ½ ¨ 0 p x t

ë ß , Õ ª@ / Ð ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð y n C8 ú ¤ B _ o < Æ& h o\ ¦ 8 £ ¤& ñ

H כ É r ï ~ 1 t · ú § [3]. s _ ½ ¨ H s í ß o w

³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ s K l 0 A # s í ß o w ³ o u

À Ò\ ¦ Ó o^ 7 £ ¤ 7 £ x À ÓÃ º 5 Å q \ V , ¦ á ÔÛ ¼ (XAFS, X-ray absorption fine structure) z ´+ « >` ¦ : x # y n C8 ú ¤ B 6 x × æ _

s í ß o w ³ o u _ ½ ¨ ¸ x 9 o < Æ& h : £ ¤$ í o\ ¦ ½ ¨

% i H X <, ~ ½ Ó F g 5 Å q l " l oÛ ¼ s Ti K f ¨ Ã ºë H) 3 \ - t

4,965 eV\ " f Ó ü t \ _ ô Ç í ß ê ø Ís ´ ú § ¦, s í ß o w

³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ Ä »µ 1 Ï H Å Ð y n Cs Ó ü t \ _

~ ½ ÓK \ ¦ ~ Ã Îl M :ë H \ È Òõ U ·s Ø æì r y U ·t · ú § " f

½ ¨\ ô Ç> ´ ú § ¤ . : r ½ ¨\ " f H á ÔÛ ¼\ ¦ s 6 x

s í ß o w ³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x \ ' a ô Ç ½ ¨\ ¦ Ã º'

H X <, 150 ∼ 200 nm ß ¼l _ s í ß o w ³ o u À Ò\ ¦ ô Ç t

\ ¦ ë ß × ¼ H S ! 8 ú ¤ ½ © Û ¦ \ < Êa [ O # Q" f ô Çt \ ¦ H Ê ê\ ô Ç t

\ ¦ & h ] X ô Ç ß ¼l Ð ¸ ú " f á ÔÛ ¼ z ´+ « >\ 6 x % i .

: r ½ ¨\ " f s í ß o w ³ o u _ y n C8 ú ¤ B 6 x` ¦ · ú Ð l

0 A # B j 9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ¦ Å Ð y n C` ¦ ¥ ¸s

f z ´+ « >` ¦ ' % i H X <, " l oÛ ¼ É r Å Ð y n C Ð \ - t

Z } É r ' a > Ð " l oÛ ¼ s y n C8 ú ¤ B ] j Ð" f_ % i ½ + É

¦ ½ + É כ Ü ¼ Ð # 4 R" f s í ß o w ³ o u, s í ß o w ³ o u \ B

j 9 E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ô Ç â Ä º, Õ ªo ¦ s í ß o w ³ o u \ B j

9

E $ ^ ¦ À Ò\ ¦ ' ¦ Å Ð y n C` ¦ ¥ ¸s H © I , s X O > [

j t © I \ " f á ÔÛ ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r # s í ß o w

u _ o < Æ x 9 ô Ç/ B M ½ ¨ ¸_ : £ ¤$ í o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i .

II. ³ , Ö Ñ ÷ u ð ³

á ÔÛ ¼ H " l oÛ ¼ f ¨ Ã ºë H) 3 Â Ò' Õ ª s © _ \ -t % ò % i

. " l oÛ ¼ ` ¦ Ó ü t| 9 \ ¥ ¸s , Ó ü t| 9 ` ¦ ½ ¨$ í H " é ¶ [ þ t ? / _

\ O B [ þ t s [ þ t # Q ¸ H " l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º ¦ [ þ t H

© I ÷ &# Q" f Z } É r ï r 0 A_ \ -t \ ¦ ° ú H y n C ÷ &

H X <, y n C _ î r1 l x \ -t H [ þ t # Q ¸ H " l oÛ ¼ _ \ - t

ü < \ O B \ ¦ Û ¦ # QÅ Òl 0 Aô Ç \ -t 7 £ ¤ f ¨ Ã ºë H) 3

-t ü <_ \ _ # & ñ ) a .

Û ¼ % ò % i \ " f y n C H É r î r1 l x \ -t \ ¦ t ¦ î r 1

x Å Ò _ É r " é ¶ [ þ t ÐÂ Ò' í ß ê ø Í÷ & H ì ø Í \ " l o

á ÔÛ ¼ % ò % i \ " f y n C H H î r1 l x \ -t \ ¦ t ¦ î r 1

x Å Ò " é ¶ \ _ # í ß ê ø Í ) a . " f H $ Û ¼ H

¶ \ \ O B % i ~ " l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º ¦ y n C ÷ &

H õ & ñ õ Å Ò0 A ô Ç/ B M ½ ¨ ¸\ _ # & ñ ÷ & H ì ø Í \ " l o

á ÔÛ ¼ H & h Ü ¼ Ð Å Ò0 A ô Ç/ B M ½ ¨ ¸\ _ # & ñ ) a .

Û ¼ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # " l oÛ ¼ ` ¦ f ¨ Ã º H " é ¶ _ í ß oÃ º, ô

Ç/ B M © I x 9 ¸ (LDOS, local density of state), ô Ç/ B M ½ ¨

¸& h : £ ¤$ í ` ¦ & ñ ½ + É Ã º e . ì ø Í \ " l o á ÔÛ ¼ H ô Ç/ B M

¨ ¸ s Ö © " é ¶ _ ½ + Ë o , ½ + Ë o _ Á º| 9 " f ¸, s Ö

© " é ¶ Ã º x 9 s Ö © " é ¶ _ 7 á x À Ó 1 p x \ y [4,5].

ì ø Í& h Ü ¼ Ð Ó ü t| 9 _ & ñ ½ ¨ ¸ H \ [ t s 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x #

& ñ ÷ & H X <, \ [ t s H & ñ ^ ? / " é ¶ [ þ t ç ß _ ¨ î ç H o

\ ¦ 8 £ ¤& ñ 9, È Òõ & ³p â (TEM) É r ô Ç/ B M " é ¶ [ þ t _

¨ î ç H o \ ¦ 8 £ ¤& ñ H X < Ä »´ ò . ¢ ¸ô Ç Å Ò ' V , & ³ p

â (STM) É r ³ ð _ " é ¶ ½ ¨ ¸ë ß 8 £ ¤& ñ 0 p x l M :ë H

, Ó ü t| 9 ? / " é ¶ ç ß _ z ´] j ½ + Ë o \ ¦ & ñ H X < H ô