イオンプレーティングによる半導体光触媒への可視光応答性の付与

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08750911
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 山下 弘巳 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (40200688)
• キーワード: 光触媒 / イオンプレーティング / イオン工学的手法 / 反応ダイナミックス / EXAFS / 人工光合成 / NOx直接分解反応 / 量子サイズ効果

研究概要

本研究では、光エネルギーを化学エネルルギーに変換できる半導体光触媒に微少量の金属をイオン注入することでエネルギー準位に摂動を与え、可視光を吸収する光触媒を開発した。この可視光応答半導体触媒を利用して、太陽光によるNOxの直接分解技術などの有用な光触媒反応プロセスの確立を目指した。特に本研究では、酸化チタン超微粒子や薄膜などの半導体光触媒の表面層に、可視光応答に寄与できるCrやVイオンなどをイオン工学的技法を用いて添加し、半導体光触媒の改質を行った。CRやVイオンなどの金属イオンを均質に高分散状態に添加した半導体光触媒は可視光領域の光を吸収し、可視光照射下で光触媒活性を示した。開発した金属イオン注入光触媒を利用してNOxの直接分解を検討したところ、可視光照射下で光触媒的にNOxを分解し、窒素や酸素を生成することを見いだした。特に、照射光の波長域を変えて実験を行い、可視光応答を示すような注入金属イオン種および注入量の最適化を検討した。また、既存の装置を用いて、BET法による表面積測定、X線解析(XRD、EXAFS)、ホトルミネッセンス測定、UV吸収測定、FT-IR測定によりバルク構造および表面状態の評価を行ったところ、注入金属イオンはバルク内部に均一に高分散していることを見いだした。また、太陽光照射下で反応を行ったところ光触媒反応が進行し、空気中のNOx濃度を低減できることを見いだした。

研究成果

• [文献書誌] Masakazu Anpo: "In-situ Characterization of the Vanadium Silicalite-2 Catalyst and Its Photocatalytic Reactivity.," Stud. Surf. Sci. Catal.101. 941-950 (1996)
• [文献書誌] Masakazu Anpo: "Photoinduced Surface Chemistry" Current Opinion in Solid State & Materials Science. 1. 630-635 (1996)
• [文献書誌] Hiromi Yamashita: "In Situ XAFS, Photoluminescence, and IR Invesigations of Copper Ions Included within Various Kinds of Zeolites. -Structure of Cu (I) Ions and Their Interaction with CO Molecules-" J. Phys. Chem.100. 397-402 (1996)
• [文献書誌] Hiromi Yamashita: "Photocatalytic Direct Decomposition of NO on Titanium Oxides Included within Y-Zeolites at 275K : The Structre and Role of the Active Sites.," J. Phys. Chem.100. 16041-16044 (1996)
• [文献書誌] Hiromi Yamashita: "Photocatalytic Degradation of 1-Octanol on Anchored Titanium Oxide and on TiO_2 Powed Catalysts.," J. Catal.158. 97-101 (1996)
• [文献書誌] Hiromi Yamashita: "Photochemistry of Alkyl Ketones Included within the Zeolite Cavities : The Effect of Ion-exchanged Alkali Metal Cations and Types of Zeolites." Stud. Surf. Sci. Catal.105. 1141-1146 (1996)
• [文献書誌] Masakazu Anpo: "Surface Photochemistry" J. Wiley & Sons Inc., 173 (1996)
• [文献書誌] 安保正一: "光化学エネルギー変換 -基礎と応用-" IPC(印刷中), (1997)