単結晶酸化物半導体の表面を利用した光触媒作用機構の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09237258
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 山下 弘巳 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (40200688)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野 武彦 大阪府立大学, 工学部, 助手 (70081320) ; 安保 正一 大阪府立大学, 工学部, 教授 (70094498)
• Keywords: 光触媒 / 酸化チタン / 環境浄化 / 単結晶 / CO2固定化 / 人口光合成 / メタノール合成 / NOx分解

Research Abstract

高性能な光触媒の開発には光触媒作用機構について基礎的な知見を増やすことが不可欠である。酸化チタンなどの半導体光触媒は二酸化炭素を光触媒的にメタンやメタノールなどに固定化還元できるなど、数多くの可能性を秘めている。しかし、通常の微粒子や担持光触媒系では多くの因子が触媒活性に影響を与えるため、解析が困難である。その解決のためには規定表面を使った触媒作用機構の解明が検討されるべきである。本研究では、酸化チタン単結晶を用い、その規定された表面構造を利用することで、光触媒作用機構の解明に関する新たな知見を得ることを目指した。特に、酸化チタン単結晶を利用して、水による二酸化炭素の固定化還元に対する光触媒反応の作用機構の解明を目指した。その清浄表面に二酸化炭素や水または反応中間体として予想される有機物を吸着させ、その吸着状態や光照射による反応生成物の分析を行った。質量分析計(Mass)、昇温脱離法(TPD)を組み合わすことにより、表面吸着種からの脱離種の同定および定量を行うことで吸着状態についての知見を得た。また、FT-IRや高分解電子エネルギー損失分光法(HREELS)により、吸着状態の直接観察を行い、発光測定とその時間分解測定により光励起活性種の反応ダイナッミクスを観測し、さらに、ESR測定を行い反応中間体の同定と反応機構の解明を行った。結晶面に依存して、反応生成物の活性および選択性が大きく変化することを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Masakazu ANPO: "Photocatalysis on Titanium Oxide Catalysts:Approaches in Achieving Highly Efficient Reactions and Realizing the Use of Visible Light" Catal.Surv.Japan. 1. 169-179 (1997)
• [Publications] Masakazu ANPO: "In Situ Investigation of the Photocatalytic Decomposition of NOx on Ion-Exchanged Silver (I)ZSM-5 Catalysts" Catal.Today. 35. 177-181 (1997)
• [Publications] Sang-Chul MOON: "Characterization of Zirconium-Silicon Binary Oxide Catalysts Prepared by the Sol-Gel Method and Their Photocatalytic Activity for the Isomerization of 2-Butene" J.Phys.Chem.101. 369-373 (1997)
• [Publications] Masakazu ANPO: "The Design of Photocatalysts for the Removal of NOx at Normal Temperatures--Copper(I)and Silver(I)Ion Catalysts Anchored within Zeolite Cavities" Res.Chem.Intermed.23. 197-217 (1997)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Photocatalytic Reduction of CO_2 with H_2O on Titanium Oxides Anchored within Micropores of Zeolites:Effects of the Structure of the Active Sites and the Addition of Pt" J.Phys.Chem.101. 2632-2636 (1997)
• [Publications] Shu Guo Zhang: "Photocatalytic Reduction of CO_2 with H_2O on Ti-MCM-41 and Ti-MCM-48 Mesoporous Zeolites at 328 K" Chem.Lett.659-660 (1997)
• [Publications] Masaya MATSUOKA: "Local Structures of Copper Ion Catalysts Anchored onto Various Oxide Supports and Their Photocatalytic Reactivities for the Decomposition of N_2O at 298 K." J.Phys.IV FRANCE. 7. 943-944 (1997)
• [Publications] K.T.JUNG: "Preparation of Transparent TS-1 Zeolite Film and Its Photocatalytic Isomerization under UV Irradiation" Korean J.Chem.Eng.14. 213-215 (1997)
• [Publications] Hiromi YAMASHITA: "Photocatalytic Decomposition of NO at 275 K on Titanium Oxide Catalysts Anchored within Zeolite Cavities and Frameworks" Appl.Surf.Sci.121 & 122. 305-309 (1997)
• [Publications] 安保正一: "NOx除去を目指した高活性な酸化チタンおよび可視光で作用する第2世代の酸化チタン光触媒の開発" ペテロテック. 20. 66-72 (1997)
• [Publications] 安保正一: "可視光で機能する酸化チタン光触媒-イオン注入法による新展開-" オプトロニクス. 6. 161-165 (1997)
• [Publications] 安保正一: "ゼオライトの細孔内や層状化合物の層間での光触媒反応と光化学過程の制御(I-1)" ゼオライト情報. 5(8). 1-6 (1997)
• [Publications] Akihiko FUKUBE: "Femtosecond Diffuse Reflectance Spectroscopy on Some Standard TiO_2 Powder Catalysts" Chem.Lett.735-736 (1997)
• [Publications] Jinlong ZHANG: "Fluorescence Properties of BDD Molecules Doped in Si-Ti Binary Oxide Systems by the Sol-Gel Method" Chem.Lett.1027-1028 (1997)
• [Publications] Sinya HIGASHIMOTO: "Photoluminescence Properties of the Vanadium Silicalite-1 Catalyst and Its Photocatalytic Reactivity for the Reduction of NO with Propane" Chem.Lett.1127-1128 (1997)
• [Publications] Yuichi ICHIHASHI: Stud.Surf.Sci.Catal.105. 1609-1616 (1997)
• [Publications] Yuichi ICHIHASHI: "Relationship Between the Local Structures of Titanium Oxide Photocatalysts and Their Reactivities-XAFS,UV,Photoluminescence and Photoreaction Investigations" J.Phys.IV FRANCE. 7. 883-885 (1997)
• [Publications] Hiromi YAMASHITA: "XAFS Studies on the Metal Ion(Cu,Ag)Photocatalysts Prepared within Zeolite Cavities Using an Ion-Exchange Method" J.Phys.IV FRANCE. 7. 941-942 (1997)
• [Publications] 山下弘巳: "イオンビームを利用する新しい光機能材料の創製" 化学. 52. 74-75 (1997)
• [Publications] 山下弘巳: "イオン注入法による高機能な光触媒の開発-可視光で機能する酸化チタン光触媒" アルバック・テクニカル・ジャーナル. 47. 15-19 (1997)
• [Publications] 安保正一: "ホトルミネッセンス分光法の触媒研究への応用" 触媒. 39. 45-49 (1997)
• [Publications] 安保正一: "光触媒による環境浄化" 市政. 46. 90-93 (1997)
• [Publications] 安保正一: "植物を模して環境を浄化する次世代型の触媒プロセス(特集/環境浄化の切り札「触媒」のメカニズム)" TRIGGER. 16(9). 34-36 (1997)
• [Publications] 安保正一: "光化学エネルギー変換-基礎と応用-" アイピーシー, 19 (1997)
• [Publications] 安保正一: "触媒技術の動向と展望(第I編)" 触媒学会, 13 (1997)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Heterogeneous Photocatalysis" John Wiley & Sons(England), 36 (1997)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Photoelectrochemistry" The Electrochemical Society, 4 (1997)
• [Publications] 山下弘巳: "酸化チタン光触媒の開発と環境・エネルギー分野への応用展開〜固定化・可視 光化・薄膜化・活性制御・評価手法〜" 技術情報協会, 14 (1997)
• [Publications] 安保正一: "酸化チタン光触媒の開発と環境・エネルギー分野への応用展開〜固定化・可視 光化・薄膜化・活性制御・評価手法〜" 技術情報協会, 13 (1997)
• [Publications] Hiromi YAMASHITA: "Discussions on Zeolite and Microporous Materials" Hanrimwon Publishing Company, 1 (1997)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Handbook of Heterogeneous Catalysis" VCH A Wiley Company, 8 (1997)