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

1998 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: 江原 襄 (株)イオン工学研究所, 研究部, 室長 ; 松岡 雅也 大阪府立大学, 工学部, 助手 (80305648) ; 山下 弘巳 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (40200688)
• キーワード: イオン注入法 / マグネトロンスパッター法 / 可視光応答型の酸化チタン光触媒 / 半導体酸化チタン光触媒 / NOの光触媒分解反応 / 透明酸化チタン薄膜光触媒 / クラスターイオンビーム法 / 第2世代酸化チタン光触媒

研究概要

本研究では、紫外光照射下においてのみ稼動する半導体酸化チタン光触媒を可視光や太陽光で効率よく作用する光触媒に改質することを目的として、イオン注入技術を用いてCrやVなどの遷移金属イオンを酸化チタン内部に注入することを試み、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酸化チタン光触媒の創製に成功した。さらに、実用化に適した形態の酸化チタン光触媒を創製する観点からクラスターイオンビーム法などのイオン工学的手法を用いてガラス基板上に結晶性の高い酸化チタン薄膜を創製することに成功し、また、これらの薄膜酸化チタンにイオン注入法を適用することで、可視光で稼働する透明酸化チタン薄膜光触媒の調製に成功した。各種の分光測定手法を用いて可視光応答型の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。これら可視光応答型の第2世代酸化チタン光触媒を用いて屋外にて太陽光照射下でのNOの光触媒分解反応に対する活性評価試験を行った。その結果、太陽光照射下常温でNOの分解反応が進行し、イオン注入酸化チタンはイオン注入していない元の酸化チタンの3〜5倍の高い光触媒活性を示すことがわかった。さらに、マグネトロンスパッター法における薄膜酸化チタン光触媒調製においてアシストガスの組成を変化させることで、遷移金属イオンの注入なしに可視光を吸収し可視光で光触媒活性を発現する酸化チタン薄膜光触媒の創製が可能であることを見いだした。これらの発見は現在特許化を進めているが、極めて大きな成果であるといえる。また、これら第2世代の酸化チタン光触媒を塗布した道路防音壁を作成して、道路沿道に設置し、太陽光照射下でNOx除去性能の評価を計画している。これらの成果は、21世紀に向けてその大規模な応用・製品化が期待されている可視光応答型の酸化チタン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。

研究成果

• [文献書誌] Sang.Chul.MOON: "Stoichiometric Decomposition of Pure Water over Pt-Loaded Ti/B Binary Oxide under UV-Irradiation" Chem.Lett.117-118 (1998)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Photocatalytic Reduction of CO2 with H2O on Ti/Si Binary Oxide Catalysts Prepared by the Sol-Gel Method" Stud.Surf.Sci.Catal. 114. 561-564 (1998)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Photocatalytic Reduction of CO2 with H2O on Titanium Oxide Anchored within Zeolites" Stud.Surf.Sci.Catal. 114. 177-182 (1998)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Design of Unique Titanium Oxide Photocatalysts by an Advanced Metal lon-implantation Method and Photocatalytic Reactions under Visible Light Irradiation" Res.Chem.Intermed.24. 143-149 (1998)
• [文献書誌] Shu.Guo.Zhang: "The Photoluminescence Property and Photocatalytic Reactivity of the V-HMS Mesoporous Zeolite: Pore Size Effect on the Photocatalytic Properties" Microporous Mater.621-627 (1998)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "The Relationship between the Local Structure of Copper (l) lons on Cu+/ZeoliteCatalysts and Their Photocatalytic Reactivities for the Decomposition of NOx into N2 and O2 at 275K" Coord.Chem.Rev.171. 175-184 (1998)
• [文献書誌] Hiroyasu NISHIGUCHI: "Phosphorescence and Photochemical Properties of Benzophenone Included in Alkali Metal Cation-Exchanged ZSM-5 Zeolites" Res.Chem.Intermed.24. 849-858 (1998)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Characterization of Titanium-Silicon Binary Oxide Catalysts Prepared by the Sol-Gel Method and Their Photocatalytic Reactivity for the Liquid Phase Oxidation of l-Octanol" J.Phys.Chem.B. 102. 5870-5875 (1998)
• [文献書誌] N.U.Zhanpeisov: "Cluster Quantum Chemical ab Initio Study on the Interaction of NO Molecules with Highly Dispersed Titanium Oxides Incorporated into Silicalite and Zeolites" J.Phys.Chem.B. 102. 6915-6920 (1998)
• [文献書誌] Stanislaw DZWIGAJ: "Probing Different Kinds of Vanadium Species in the VSib Zeolite by Diffuse Reflectance UV-Visible and Photoluminescence Spectroscopies" J.Phys.Chem.B. 102. 6309-6312 (1998)
• [文献書誌] Shu.Guo.Zhang: "Characterization of V-oxide/ZSM-5 Zeolite Catalysts Prepared by the Solid-State Reaction and Their Photocatalytic Reactivity: In Situ Photoluminescence, XAFS, ESR, FT-IR, and UV-VIS Investigation" J.Phys.Chem.B. 102. 5590-5594 (1998)
• [文献書誌] N.U.Zhanpeisov: "Interaction of NO Molecules with a Copper-Containing Zeolite; A Theoretical Ab Initio Study" J.Mol.Struct. (Theochem). 454. 201-207 (1998)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Preparation of Titanium Oxide Photocatalysts Anchored on Porous Silica Glass by a Metal Ion-Implantation Method and Their Photocatalytic Reactivities for the Degradation of 2-Propanol Diluted in Water" J.Phys.Chem.B. 102. 10707-10711 (1998)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Characterization of Ti/Si Binary Oxides Prepared by the Sol-Gel Method and Their Photocatalytic Properties: The Hydrogenation and Hydrogenolysis of CH3CCH with H2O" Korean J.Chem.Eng.15. 491-495 (1998)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Photocatalytic Reduction of CO2 with H2O on Ti-MCM-41 and Ti-MCM-48 Mesoporous Zeolite Catalysts" Catal.Today. 44. 327-332 (1998)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Selective Formation of CH3OH in the Photocatalytic Reduction of CO2 with H2O on Titanium Oxides Highly Dispersed within Zeolites and Mesoporous Molecular Sieves" Catal.Today. 45. 221-227 (1998)
• [文献書誌] 原田 賢: "クラスターイオンビーム法による酸化チタン光触媒の調製とその液相光触媒反応活性" 触媒. 40. 478-481 (1998)
• [文献書誌] Hirotsugu MISHIMA: "Selective Catalytic Reduction of NO with NH3 over Natural Zeolites and Its Application to Stationary Diesel Engine Exhaust" Appl.Catal.B-Environ.19. 119-126 (1998)
• [文献書誌] 安保正一: "光触媒と環境浄化" クリーン関西. 87. 15-23 (1998)
• [文献書誌] 松岡雅也: "可視光照射下でのゼオライト細孔内における炭化水素の選択的酸化反応" 化学と工業. 51. 1790 (1998)
• [文献書誌] 山下弘巳: "イオンビームを利用する酸化チタン光触媒/活性炭素繊維系の創製" 炭素. 185. 296-298 (1998)
• [文献書誌] Masaru.HARADA: "Preparation of Titanium Oxide Photocatalysts Loaded on Activated Carbon by an Ionized Cluster Beam Method and Their Photocatalytic Reactivities for the Degradation of 2-Propanol Diluted in Water" Z.Phys.Chem.(In-press). (1998)
• [文献書誌] Jinlong.Zhang: "Fluorescence Properties of 2, 5-Bis (4-(diethylamino) phenyl) -1, 3, 4-oxadiazole Molecules Encapsulated in SiO2 and Si-Ti Binary Oxide Matrixes by the Sol-Gel Method" Langmuir. 15. 77-82 (1998)
• [文献書誌] Sinya.HIGASHIMOTO: "Investigation of the Local Structure of Vanadium Silicalite Catalyst (VS-l) Using XAFS, FT-IR and Photoluminescence Spectroscopic Methods" Jpn.J.Appl.Phys.(In-press). (1998)
• [文献書誌] Masakazu Anpo: "Protecting the Environment" Ed.BHR Group, England, 14 (1998)
• [文献書誌] 安保正一: "機能性材料化学" 朝倉書店, 22 (1998)
• [文献書誌] 安保正一: "「表面・界面光化学反応の基礎」季刊化学総説" 学会出版センター, 11 (1998)
• [文献書誌] 山下弘巳: "「ゼオライト細孔内の光化学過程と光触媒反応」季刊化学総説" 学会出版センター, 10 (1998)
• [文献書誌] 安保正一: "触媒化学基礎講座「遷移金属酸化物触媒」" 触媒学会関西地区編, 10 (1998)
• [文献書誌] 安保正一: "イオン注入による酸化チタン光触媒の可視光化(表面科学)(印刷中)" 日本表面科学会, (1998)
• [文献書誌] 安保正一: "可視光利用を目指した第二世代酸化チタン光触媒(季刊化学総説)(印刷中)" 学会出版センター, (1998)