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本研究では、特殊な配位圏を有する金属イオンを用いた新規な光触媒の開発とその作用機構の解明を目的とした。金属イオンとしては、希土類イオンを研究対象とし、これをゼオライトの細孔内にイオン交換法により固定化することで、ゼオライトの細孔構造を配位圏に有する高分散な希土類イオンを調整した。
一酸化二窒素(N_2O)の分解反応をテスト反応とし、種々の希土類イオン交換ゼオライトの孔触媒作用を検討した結果、プラセオジムイオン交換モルデナイト(Pr-M)が最も高活性であり、分解は量論的であった(生成物中の窒素と酸素の比が2)。
この分解に有効な照射光波長は270nm以下であり、照射光(λ=240nm)の強度に1次に依存した。反応温度(285K)でN_2OはPr-M上に不可逆吸着し、不可逆吸着N_2Oがある時、気相にN_2Oがなくとも光分解反応は進行した。また、光分解速度はN_2Oの不可逆吸着量に1次に依存した。生成物中の窒素と酸素の比もN_2Oの不可吸着量に依存し、吸着量がPrに対して1以下になると急激に増加した。これらのことは、光分解は不可逆吸着N_2Oを経由して進行することと、ひとつのPrサイト上でN_2Oの光分解によって生成した酸素原子の酸素分子への再結合は非常に遅いことを示している。Pr-Mを排気するとH_2Oの脱離を伴って230nm付近に吸収が現れた。これは、Pr^<3+>イオンの4f-5d遷移に帰属できる。H_2Oの吸着により、Pr-Mの光触媒活性とN_2Oの不可逆吸着能が消失した。これらの実験事実より、配位水を失ったPr^<3+>イオンにN_2Oが不可逆吸着した状態を経由して光分解反応が進行していることが明らかとなった。
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