高活性固定化薄膜状酸化チタンを光触媒とする炭酸ガスと水からのメタノ-ル合成

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03203250
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 安保 正一 大阪府立大学, 工学部, 教授 (70094498)
• キーワード: 光触媒反応 / 人工光合成 / 炭酸ガスの還元 / 固定化触媒 / 酸化チタン / メタノ-ル合成 / 薄膜状触媒 / 地球温暖化

研究概要

炭酸ガス蓄積による地球温暖化の問題は、ますます深刻な問題となることは明らかである。この問題に対処するには、エネルギ-供給源を汚染のない太陽エネルギ-などのクリ-ンな供給源に求め努力と平行し、蓄積していくCO_2の有効利用を可能にする化学プロセスの開発が急務であると考えられる。本研究では、有用な光触媒として期待できる高活性固定化薄膜状酸化チタンを調製し、これを光触媒として用い炭酸ガスと水からメタノ-ルとメタンなどの有用な化合物を合成することを目的として行った。
高活性固定化薄膜状酸化チタンの励起状態は電荷移転型の(Ti^<3+>ーO^ー)励起状態に帰属できることを明らかにした。この励起状態からのホトルミネッセンスはCO_2やH_2Oの添加により消光され、その程度は添加したCO_2やH_2Oの添加量に依存し、また、寿命も同時に短くなることを見いだした。H_2OとCO_2の存在下において固定化薄膜状酸化チタン触媒を光照射すると、CH_4、CH_3OH、およびCOが主生成物として生成した。反応には、触媒への光照射とCO_2およびH_2Oの存在が不可欠であることを明らかにした。特に、CH_4とCOの生成収量は、(H_2O/CO_2)比の高い場合に、反応がより良く光触媒的に進行していることを見いだした。しかし、H_2Oが大過剰になると生成物全体の収量は減少した。また、H_2Oの代わりにD_2Oを用いると生成したメタンはCD_4またはCD_3Hであることを見いだした。一方、COはH_2Oが存在しない条件下でも生成し、水の分解と直接関連ないCO_2のCOへの光還元過程が進行していることを見いだした。
これらの研究成果は、高活性固定化薄膜状酸化チタンを光触媒としてCO_2とH_2Oからメタノ-ル、メタンが合成できる人工光合成の可能性を示した。研究成果は新聞紙上での取り上げられた。

研究成果

• [文献書誌] M.Anpo,T.Nomura,T.Kitao,E.Giamello,M.Che,M.A.Fox: "Approach to DeーNOxーing Photocatalysis. Photocatalytic Decomposition of NO on Cu^+/SiO_2 Catalyst Prepared via Ionーexchange Method" Chem.Lett.889-892 (1991)
• [文献書誌] M.Anpo,K.Chiba,M.Tomonari,S.Coluccia,M.Che,M.A.Fox: "Photocatalysis on Native and PlatinumーLoaded TiO_2 and ZnO CatalystsーOrigin of Different Reactivities on Wet and Dry Metal Oxidesー" Bull.Chem.Soc.Jpn.64. 543-551 (1991)
• [文献書誌] C.Louis,M.Che,M.Anpo: "Activation and Properties of Mo=O Bonds in Mo/SiO_2" Res.Chem.Intermedi.15. 81-98 (1991)
• [文献書誌] M.Anpo,T.Nomura,T.Kitao,E.Giamello,D.Murphy,M.Che,M.A.Fox: "Approach to DeーNOxーing Photocatalysis.II.Excited State of Copper Ions Supported on Silica and Photocatalytic Activity for NO Decomposition" Res.Chem.Intermedi.15. 225-237 (1991)
• [文献書誌] H.H.Patterson,J.Cheng,S.Despres.M.Sunamoto,M.Anpo: "Relationship between the Geometry of the Excited State of Vanadium Oxides Anchored onto SiO_2 and Their Photoreactivity toward CO Molecules" J.Phys.Chem.95. 8813-8818 (1991)
• [文献書誌] M.Anpo: "Excited States and Their Reactivities of Wellーdefined Anchored Catalysts" Proc.10th Intern.Conf.Catal.36-37 (1991)
• [文献書誌] M.Anpo: "Photocatalytic Reactivities of Anchored Vanadium Oxide Prepared via PhotoーCVD" Proc.Imag.Sci.Technol.Symp.Electro.Ion.Propert.279-285 (1991)
• [文献書誌] M.Anpo,Y.Shioya,T.Nomura,E.Giamello,S.Perathoner,G.Genti,M.Che: "Characterics of Copper Ions Anchored onto Zeolites and Silica and Their Rolesin DeーNOxーing Photocatalysis and Catalysis" Proc.1st AngloーJapanese Symp.Catal.102-103 (1991)
• [文献書誌] 安保正一,野村幸生,E.Giamello: "イオン交換法担持銅イオンの励起状態とNO光触媒分解活性" 触媒. 33. 83-86 (1991)
• [文献書誌] 安保正一,千葉勝一,友成雅則: "固体光触媒の新しい動向 I.ー微粒子酸化チタン上での光触媒反応の機構と量子サイズ効果ー" 表面. 29. 156-169 (1991)
• [文献書誌] 安保正一,野村幸生: "固体光触媒の新しい動向 II.ー分子サイズの固定化担持触媒上での光触媒反応と光誘起反応ー" 表面. 30. 253-267 (1991)
• [文献書誌] 安保正一: "高分散担持触媒上での光触媒反応と光誘起反応ー分子レベルでの反応機構ー" 触媒. 33. 221-229 (1991)
• [文献書誌] 安保正一: "光触媒の基礎と応用ーレ-ザ-利用の可能性はー" レ-ザ-技術研究会報. 59. 28-35 (1991)
• [文献書誌] 安保正一: "分子サイズの高分散担持光触媒ー分子レベルの光触媒反応機構ー" 光化学. 15. 17-23 (1991)
• [文献書誌] M.Anpo: "「Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy」" Kluwer Academic Publishers, 660 (1991)
• [文献書誌] 安保正一: "季刊化学総説「表面励起プロセスの化学」" 日本化学会編、学会出版センタ-, 184 (1991)