酸化物イオンをドープした半導体の光触媒機能と特性

• 研究課題/領域番号: 07228249
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 酒多 喜久 山口大学, 工学部, 助手 (40211263)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1995年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: 半導体光触媒 / 酸化チタン / 金属酸化物 / 希土類酸化物 / 水素生成 / 添加効果 / 酸化鉛 / 可視光応答性

研究概要

新たな反応場を持つ光触媒の調製は、高活性、高選択性を示す光触媒系を開発するために重要である。本研究は、半導体光触媒(TiO_2)の表面に種々の金属酸化物を添加して反応場を制御したときの光触媒の性質をメタノール水溶液から水素生成反応をテスト反応により検討した。まず、希土類酸化物を添加したときの光触媒特性、各種希土類酸化物を添加したTiO_2を調製し、その活性を検討した。その結果、CeO_2を添加した触媒の活性が最も高かった。CeO_2の最適添加量は、役0.5wt%であった。また、添加したCeO_2の酸化状態を前処理により変化させると活性は変化する。このことは、添加したCeO_2が光触媒の活性点となり、光触媒活性を増大させることを示している。
種々の金属酸化物の添加効果を検討したところ、Co_3O_4、NiO、CeO_2、CuOのように0.1wt%以上の添加量で活性が極大を示す酸化物とCr_2O_3、Fe_2O_3、Pb_2O_3のように0.1wt%以下の極微量添加することで光触媒活性を増大させる効果を示す酸化物の二種類があることがわかった。そこで、Pb_2O_3添加触媒について詳細な検討を行った。
Pb_2O_3を0.01wt%添加した触媒の光触媒反応の経時変化より、水素は約2〜3時間の誘導期を経た後、定常的に生成した。このとき、フィルターを用いて420nm以下の波長の光をカットして光照射を続けた。反応は停止することなく進行するが、その活性は徐々に低下した。この結果より、Pb_2O_3をTiO_2に添加することで、その表面上に可視光応答性を持つ独特な活性サイトの生成が示唆された。