常磁性化学種の観測による半導体粉末光触媒の反応機構の研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07228223
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 野坂 芳雄 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (30134969)
• Keywords: 半導体光触媒 / 酸化チタン / 電子常磁性共鳴 / 反応機構 / 酸化タングステン / 硫化カドミウム / 硫化亜鉛

Research Abstract

半導体粉末の表面を用いる光触媒反応は、環境浄化の観点から最近注目されているが表面における反応の機構については必ずしも明確ではない。そこで、反応の途中に生じる常磁性中間体を観測することから、その光触媒反応の環境場について研究した。
光照射した半導体に生じる常磁性化学種の低温での電子スピン共鳴(ESR)観測では、ZnS超微粒子を作成し光照射した場合には、普通の大きさのZnS粉末で生じる常磁性化学種のうち、電子供与体存在下で消失する物のみが観測され、それを表面に捕捉された正孔と同定した。ZnS光触媒における超微粒子化による活性増加が知られているが、その原因として、超微粒子化により表面捕捉正孔のみを生じ、再結合中心となる内部捕捉正孔の減少によることが分かった。
常磁性不安定反応中間体のin situ ESR観測においては、酢酸の流通系光触媒反応で生成する二種類のラジカル(メチルラジカルとカルボキシメチルラジカル)の生成量の流速依存性から、固体表面における直接酸化かあるいは溶媒である水の酸化でできるOHラジカルを経由する酸化が区別できた。反応物の表面拡散が間に合えば、捕捉正孔による直接の酸化が大きな役割を果たす事が分かった。
室温光触媒反応系で、重要な常磁性化学種である・OHラジカルやO_2^-は直接ESRで観測できないので、化学発光試薬を用いて高感度に検出する新しい試みを行った。TiO定常光照射直後にルミノールの発光が観測された。発光強度は、2段階で減衰し、遅い成分は、長時間照射あるいはH_2O_2添加で増加することから、H_2O_2が直接関与していることが分かった。

Research Products

• [Publications] Nosaka,Koenuma,Ushida,Kira: "Reaction Mechanism of the Decomposition of Acetic Acid on Illuminated TiO_2 Powder Studied by Means of in situ ESR Measurement." Langmuir. 12. 736-738 (1996)
• [Publications] Nakaoka,Nosaka: "EPR investigation of Unstable Intermediates in Photoinduced Reactions at cds semiconcluctor Particles Dispersed on CdO." Bull. Magnetic Resonance. (in press).
• [Publications] Nosaka,Takei,Fujii: "Photoinduced Reduction of W_<10>O_<34>^<-4> with Organic Compounds in Aqueous Solution." J. Photochem. Photobiol A. Chem. 92. 173-180 (1995)
• [Publications] Ohtani,Kawaguchi,Kozawa Nakaoka,Nosaka,Nishimoto: "Effect of Platinum Loading on the Photocafalytic Activity of Cdmium Sulfide Particles Suspended in Aqueous Amino Acid solution." J. Photochem. Photobiol. A. Chem. 90. 75-80 (1995)
• [Publications] Zhang.Kobayashi,Nosaka Fujii: "Photocatalytic Property of Titanium Silicate Zeolite." J. Mol. Catalysis. (in press).