NO_xの除去を目指した新規な光触媒反応系の設計とその実用化研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10044170
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 安保 正一 大阪府立大学, 工学部, 教授 (70094498)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松岡 雅也 大阪府立大学, 工学部, 助手 (80305648) ; 山下 弘巳 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (40200688)
• Keywords: マグネトロンスパッタ法 / 酸化チタン薄膜 / 光触媒 / NO直接分解反応 / 可視光応答性 / 太陽光利用

Research Abstract

本研究室では、前年度までにイオン注入法により紫外光照射下のみで稼働する酸化チタン微粒子にVやCrイオンを注入することで、可視光を吸収し可視光照射下で稼働する第2世代の酸化チタン光触媒の調製に成功している。本年度では、前年度までの経過を踏まえマグネトロンスパッタ法を用いることで、イオン注入を行わなくても可視光応答性を示す酸化チタン薄膜触媒の調製に初めて成功した。これら可視光型酸化チタン光触媒のNO光触媒分解反応における反応性について検討するとともに各種分光測定を行うことにより、薄膜光触媒の諸物性が光触媒活性におよぼす影響について検討し、高効率で機能する可視光応答型酸化チタン光触媒開発への基礎的な知見を得ることができた。
マグネトロンスパッタ法による酸化チタン製膜プロセスにおいて基板温度を最適化することで、イオン注入法を用いることなく可視光領域に吸収を有する酸化チタン薄膜光触媒を調製できた。この触媒は可視光照射下においてNOを窒素と酸素に直接分解し、また、紫外光照射下においても高いNO分解活性を示し、マグネトロンスパッタ法により高活性で紫外光-可視光領域に応答する理想的な酸化チタン薄膜光触媒の調製が可能となることがわかった。XPS測定により、可視光応答型の酸化チタン薄膜は表面から内部に入るにつれTi/O元素比が連続的に変化する傾斜組成であり、最表面は量論的なTiO2の組成を取っていることがわかり、これらの傾斜組成が酸化チタン薄膜の可視光応答性の発現に重要な役割をなしていることを見いだした。酸化チタン薄膜の最表面構造が量論的なTiO2構造を有することが、マグネトロンスパッタ法調製可視光応答型薄膜が紫外光照射下においても従来の酸化チタン薄膜と同等の活性を有する理由の一つであると考えられる。また、従来の酸化チタン薄膜では太陽光の約数%しか利用できなかったのに対し、これら可視光応答型の酸化チタン薄膜光触媒は太陽光の照射下でも効率よく機能することがわかり、約30〜35%の太陽光を利用することが可能となる新しい光触媒系であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Masakazu ANPO: "Design and Development of Unique Titanium Oxide Photocatalysts Capable of Operating under Visible Light Irradiation by an Advanced Metal Ion-implantation Method"Stud. Surf. Sci. Catal.. 121. 104-105 (1999)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Generation of Superoxide Ions at Oxide Surfaces"Topics in Catal.. 8. 189-198 (1999)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Characterization of the Local Structure of the Vanadium Silicalite (VS-2) Catalyst and Its Photocatalytic Reactivity for the Decomposition of NO into N2 and O2"J. Phys. Chem.. 103. 9295-9301 (1999)
• [Publications] Masakazu ANPO: "The Adsorption and Activation of CO Molecules on ZrO2 Catalysts Having Low Coordinated Surface Sites"Res. Chem. Intermed.. 25. 1-12 (1999)
• [Publications] 安保 正一: "イオン注入による酸化チタン光触媒の可視光化"表面科学. 20. 60-65 (1999)
• [Publications] 安保 正一: "酸化チタンや酸化バナジウム種を含有するゼオライト光触媒の構築とその上でのNOxの光触媒分解反応"Eco Industry. 4. 11-19 (1999)
• [Publications] Hiromi YAMASHITA: "Characterization of Metal Ion-implanted Titanium Oxide Photocatalysts Operating under Visible Light Irradiation"J. Synchrotron Rad.. 6. 451-452 (1999)
• [Publications] Hiromi YAMASHITA: "Characterization and Photocatalytic Reactivities of Cr-HMS Mesoporous Molecular Sieves"J. Synchrotron Rad.. 6. 453-454 (1999)
• [Publications] Hiromi YAMASHITA: "Photoluminescence Properties and Photocatalytic Reactivities of the Cr- and V-HMS Mesoporous Zeolite Catalysts"Proc. 12th Intern. Zeolite Conf.. 667-672 (1999)
• [Publications] J. L. ZHANG: "Fluorescence Properties of 2, 5-Bis(4-(diethylamino)phenyl)-1, 3, 4-oxadiazole Molecules Encapsulated in SiO2 and Si-Ti Binary Oxide Matrices by the Sol-Gel Method"Langmuir. 15. 77-82 (1999)
• [Publications] Tsunehiro FUJII: "Effect of Metals on the Photoinduced Proton Transfer from Anthrone to 9-Anthrol in Glasses Prepared by the Sol-Gel Method"J. Photochem Photobio. A: Chem. 125. 58-91 (1999)
• [Publications] Akihiro FURUBE: "Charge Carrier Dynamics of Standard TiO2 Catalysts Revealed by Femtosecond Diffuse Reflectance Spectroscopy"J. Phys. Chem.. 103. 3120-3127 (1999)
• [Publications] Keita IKEUE: "Photocatalytic Reduction of CO2 with H2O on Titanium Oxide Prepared within the FSM-16" Mesoporous Zeolites"Chem. Lett.. 1135-1136 (1999)
• [Publications] Masaru HARADA: "Preparation of Titanium Oxide Photocatalysts Loaded on Activated Carbon and their Photocatalytic Reactivity for the Degradation of 2-Propanol"Res. Chem. Intermed.. 25. 757-768 (1999)
• [Publications] Masaru HARADA: "Preparation of Titanium Oxide Photocatalysts Loaded on Activated Carbon by an Ionized Cluster Beam Method and their Photocatalytic Reactivities"Z. Phys. Chem.. 213. 59-65 (1999)
• [Publications] D. R. PARK: "Photocatalytic Oxidation of Ethylene to CO2 and H2O on Ultrafine Powdered TiO2 Photocatalysts in the Presence of O2 and H2O"J. Catal.. 185. 114-119 (1999)
• [Publications] Shinya HIGASHIMOTO: "Investigation of the Local Structure of Vanadium Silicalite Catalyst (VS-1) Using XAFS, FT-IR and Photoluminescence Spectroscopic Methods"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 47-50 (1999)
• [Publications] 山下 弘巳: "酸化チタン光触媒の調製と環境浄化・太陽光利用への応用"ケミカルエンジニアリング. 18. 930-939 (1999)
• [Publications] Masakazu ANPO: "Advances in Catalysis"Applications of Photoluminescence Techniques to the Characterization of Solid Surfaces in Relation to Adsorption, Catalysis, and Photocatalysis. 138 (1999)