太陽光を利用する第2世代酸化チタン光触媒によるNO_Xの分解無害化の実用化研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555272
• 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)
• 研究分担者: 山下 弘巳 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (40200688)
• キーワード: イオン注入 / 光触媒 / 酸化チタン / 可視光応答型光触媒 / NO_X分解

研究概要

本研究では、イオン注入技術を応用し、半導体酸化チタン光触媒にCrやVなどの遷移金属イオンを均質かつ高分散状態に注入することにより、酸化チタンの電子状態に摂動を生じさせ、可視光領域に吸収を示し可視光照射下で光触媒として機能する第2世代の酸化チタン光触媒の創製に成功した。各種分光測定手法を用いて酸化チタン光触媒の結晶構造および表面電子状態を評価した結果、イオン注入により酸化チタンの表面結晶構造は変化せず、電子状態の特性を反映するバンドギャップエネルギーが極微少量の特定金属イオンの注入により摂動を受け、吸収帯が紫外から可視光領域にシフトすることを明らかにした。さらに、屋外において太陽光照射下でのNO_Xの光触媒分解反応に対する第2世代の酸化チタン光触媒の活性評価試験を行った結果、太陽光照射下常温においてNO_Xが光触媒的にN_2とO_2へ直接分解することが解った。太陽光照射下でのこの第2世代酸化チタン光触媒の活性は、イオン注入していない元の酸化チタンの光触媒活性の3〜5倍となり、太陽光が効率よく利用できることが解った。また、実験室内での可視光照射下(λ>450nm)でも第2世代の酸化チタン光触媒ではNO_Xの分解反応が進行することが解った。さらに、可視光、太陽光の照射下において高効率を示す触媒調製に必要なイオン注入条件を検討し、注入金属イオン種(Cr,V)、注入量(3X10^<16> N・cm^<-2>)および注入エネルギー(150 KeV)などの各種パラメーターの最適値を得た。これらの成果は、21世紀に向けその大規模な応用・製品化が期待されている可視光で機能する酸化チタン光触媒および光触媒反応システムの開発を世界に先駆けて行ったもので、きわめて大きな波及効果が期待できるものである。これらの成果を踏まえて次年度では、実用化のための諸問題について検討を広げる。

研究成果

• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Photocatalysis on Titanium Oxide Catalysts : Approaches in Achieving Highly Efficient Reactions and Realizing the Use of Visible Light" Catal.Surv.Japan. 1. 169-179 (1997)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "In Situ Investigation of the Photocatalytic Decomposition of NOx on Ion-Exchanged Silver (I) ZSM-5 Catalysts" Catal.Today. 35. 177-181 (1997)
• [文献書誌] Sang-Chul MOON: "Characterization of Zirconium-Silicon Binary Oxide Catalysts Prepared by the Sol-Gel Method and Their Photocatalytic Activity for the Isomerization of 2-Butene" J.Phys.Chem.101. 369-373 (1997)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "The Design of Photocatalysts for the Removal of NOx at Normal Temperatures--Copper (I) and Silver (I) Ion Catalysts Anchored within Zeolite Cavities" Res.Chem.Intermed.23. 197-217 (1997)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Photocatalytic Reduction of CO_2 with H_2O on Titanium Oxides Anchored within Micropores of Zeolites : Effects of the Structure of the Active Sites and the Addition of Pt" J.Phys.Chem.101. 2632-2636 (1997)
• [文献書誌] Shu Guo Zhang: "Photocatalytic Reduction of CO_2 with H_2O on Ti-MCM-41 and Ti-MCM-48 Mesoporous Zeolites at 328 K" Chem.Lett.659-660 (1997)
• [文献書誌] Akihiko FUKUBE: "Femtosecond Diffuse Reflectance Spectroscopy on Some Standard TiO_2 Powder Catalysts" Chem.Lett.735-736 (1997)
• [文献書誌] Jinlong ZHANG: "Fluorescence Properties of BDD Molecules Doped in Si-Ti Binary Oxide Systems by the Sol-Gel Method" Chem.Lett.1027-1028 (1997)
• [文献書誌] Sinya HIGASHIMOTO: "Photoluminescence Properties of the Vanadium Silicalite-1 Catalyst and Its Photocatalytic Reactivity for the Reduction of NO with Propane" Chem.Lett.1127-1128 (1997)
• [文献書誌] Yuichi ICHIHASHI: Stud.Surf.Sci.Catal.105. 1609-1616 (1997)
• [文献書誌] Yuichi ICHIHASHI: "Relationship Between the Local Structures of Titanium Oxide Photocatalysts and Their Reactivities-XAFS,UV,Photoluminescence and Photoreaction Investigations" J.Phys.IV FRANCE. 7. 883-885 (1997)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "XAFS Studies on the Metal Ion (Cu,Ag) Photocatalysts Prepared within Zeolite Cavities Using an Ion-Exchange Method" J.Phys.IV FRANCE. 7. 941-942 (1997)
• [文献書誌] Masaya MATSUOKA: "Local Structures of Copper Ion Catalysts Anchored onto Various Oxide Supports and Their Photocatalytic Reactivities for the Decomposition of N_2O at 298 K." J.Phys.IV FRANCE. 7. 943-944 (1997)
• [文献書誌] K.T.JUNG: "Preparation of Transparent TS-1 Zeolite Film and Its Photocatalytic Isomerization under UV Irradiation" Korean J.Chem.Eng.14. 213-215 (1997)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Photocatalytic Decomposition of NO at 275 K on Titanium Oxide Catalysts Anchored within Zeolite Cavities and Frameworks" Appl.Surf.Sci.121&122. 305-309 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "NOx除去を目指した高活性な酸化チタンおよび可視光で作用する第2世代の酸化チタン光触媒の開発" ペテロテック. 20. 66-72 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "可視光で機能する酸化チタン光触媒-イオン注入法による新展開-" オプトロニクス. 6. 161-165 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "ゼオライトの細孔内や層状化合物の層間での光触媒反応と光化学過程の制御(I-1)" ゼオライト情報. 5(8). 1-6 (1997)
• [文献書誌] 山下弘巳: "イオンビームを利用する新しい光機能材料の創製" 化学. 52. 74-75 (1997)
• [文献書誌] 山下弘巳: "イオン注入法による高機能な光触媒の開発-可視光で機能する酸化チタン光触媒" アルバック・テクニカル・ジャーナル. 47. 15-19 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "ホトルミネッセンス分光法の触媒研究への応用" 触媒. 39. 45-49 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "光触媒による環境浄化" 市政. 46. 90-93 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "植物を模して環境を浄化する次世代型の触媒プロセス(特集/環境浄化の切り札「触媒」のメカニズム)" TRIGGER. 16(9). 34-36 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "光化学エネルギー変換-基礎と応用-" アイピーシー, 19 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "触媒技術の動向と展望(第I編)" 触媒学会, 13 (1997)
• [文献書誌] 山下弘巳: "酸化チタン光触媒の開発と環境・エネルギー分野への応用展開〜固定化・可視 光化・薄膜化・活性制御・評価手法〜" 技術情報協会, 14 (1997)
• [文献書誌] 安保正一: "酸化チタン光触媒の開発と環境・エネルギー分野への応用展開〜固定化・可視 光化・薄膜化・活性制御・評価手法〜" 技術情報協会, 13 (1997)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Heterogeneous Photocatalysis" John Wiley & Sons (England), 36 (1997)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Photoelectrochemistry" The Electrochemical Society, 4 (1997)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Discussions on Zeolite and Microporous Materials" Hanrimwon Publishing Company, 1 (1997)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Handbook of Heterogeneous Catalysis" VCH A Wiley Company, 8 (1997)