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| 説明 |
炭素表面に金属酸化物(半導体)が生成しているとき、金属酸化物(例えば酸化チタン)半導体の伝導帯に励起した電子が炭素に移動することは可能なのか？可能ならどのような場合に可能なのですか？
単純にバルク物性だけで考えると、おかしいと思うんですよ、私も。n-TiO2なんかは、pH=0のときの伝導帯の下端が暗時には約-4.5eV, 光照射時で約-4.8eVという記述がとある書物に出ており、高度に層状黒鉛構造が発達しているHOPG(3mm角のもので20万円以上もするんだそうです)の仕事関数が4.8～5.0eVという記述もとある書物で見たことがあります。ただし、TiO2のエネルギーレベルはpHが上昇すると、0.059 V/pHずつ高くなるので、少なくともオーミックコンタクトが取れるような状態ではないですよね？ショットキーバリアが接触界面にできて、電子移動を妨げていると考えるのが普通ですよね？
でも、電池系でも電界放射の分野でも、酸化物に炭素を接触させると仕事関数が小さくなって電子移動が容易になるというのが実験事実としてあるんです。でも、そういう実験で使う炭素って、HOPGなんて代物ではなく、アセチレンブラックだのケッチェンブラックだのという数10nmの直径の微粉体で、その氏素性によって物性がばらばらで、尻が軽い八方美人みたいなもんなんですね。
アセチレンブラックなんて、表面にラジカルが存在しているみたいだし、表面の末端構造が高純度SiみたいにHできれいにダングリングボンドしているわけではなく、活性な官能基がありそうだし、一筋縄ではいかないみたいなんですよ。
仕事関数にしても、何かが表面に吸着すると仕事関数が大きく変わり、2eV程度になってしまうようなこともあるようで、その原因はまだわかっていないもののようです。そんな物性変化を逆にセンサーや電界放射なんかに利用しているところもあるようです。
ということで、結論としては、実験事実としては電子は移動しているという結果がでているが、なぜそうなるかはまだ解明されておらず、研究段階にある ということですね。
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