NOxの除去を目指した新規な光触媒反応系の設計とその実用化研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10044170
• 研究種目: 国際学術研究
• 応募区分: 共同研究
• 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: GIAMELLO Eli イタリア, トリノ大学, 助教授 ; CHE Michel フランス, パリ第6大学, 教授 ; LOUIS Cather フランス, 触媒研究所, 主任研究員 ; 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: 光触媒 / Ag / ZSM-5 / 酸化チタン / 太陽光 / イオン注入法 / NO光触媒分解反応 / ゼオライト / ESR

研究概要

申請者は最近、イオン交換法により調製したAg^+/ZSM-5触媒やゼオライトなどに高分散した酸化チタン種を光触媒として常温でNOxをN2とO2へ直接分解できること、さらにイオン注入法によりCrイオンを注入した酸化チタン光触媒(Crイオン注入TiO2光触媒)は可視光を吸収し可視光でNOxを直接分解する光触媒として機能することを見いだしている。本研究では、Ag^+/ZSM-5とCrイオン注入TiO2の2種類の光触媒を取り上げ、それらのキャラクタリゼーションとその上でのNOxの光触媒分解反応を検討した。特に、前者の光触媒系では光触媒反応機構を分子レベルで解明し、後者の光触媒系では光触媒の可視光化のメカニズムを明らかにし、太陽光で作動し常温で高効率にNOxを分解除去する光触媒反応系の実用化に必要な基礎的知見を得ることを目的とした。
パリ第6大学からChatherine Louis博士(主任研究員)を日本に招騎し、Ag^+/ZSM-5触媒およびCrイオン注入酸化チタン光触媒のESR測定とそのシミュレーションを行い、Ag^+/ZSM-5触媒上ではAg^+イオンは孤立高分散状態で存在すること、Crイオン注入TiO2光触媒中では、CrイオンはCr^<3+>として格子のTi^<4+>サイトに交換しており、酸化チタンの可視光機能化に重要な役割をなしていることを明らかにした。これら2種類の触媒を用いてNOxの光触媒分解反応を検討した結果、光照射下NOxがN2とO2へ分解し、特にCrイオン注入TiO2光触媒は可視光照射下でNOxを直接分解できることがわかった。また、トリノ大学からElio Giamello助教授を日本に招聘しin-situでのFT-IR測定を行った結果、Ag^+/ZSM-5光触媒およびCrイオン注入TiO2光触媒のいずれの場合においても、光励起状態において光触媒からNOの反結合性軌道への電子移動を通してNOの光触媒分解が進行することを明らかにした。以上の研究成果は、NOの光触媒分解反応の分子レベルでの機構および光触媒の可視光化のメカニズム解明に関する重要な知見を与えるものであり、可視光や太陽光で効率よく稼働する光触媒系の設計と実用化に大きな指針を与えるものである。

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 Catalysis Prepared by the Sol-Gel Method" Stud.Surf.Sci.Catal.114. 561-564 (1998)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Photocatalyic 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 Ion-implantation Method and Photocatalyic Reactions under Visble Light Irradiation" Res.Chem.Intermed.24. 143-149 (1998)
• [文献書誌] Shu.Guo.Zhang: "The Photoluninescence Property and Photocatalytic Reactivity of the V-HMS Mesoporous Zeolite : Pore Size Effect on the Photocatalyic Properties" Microporous Mater.621-627 (1998)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "The Relationship between the Local Structure of Copper (1) Ions on Cu+/Zeolite Catalysts and Their Photocatalyic Reactivities for the Decomposition of NOx into N2 and O2 at 27.5K" 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 Zeolies" 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 Thier Photocatalytic Reactivity for the Liquid Phase Oxidation of 1-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 DZWIGAL: "Probing Different Kinds of Vandium Species in the VSib Zeolite by Diffuse Refiectance UV-Visible and Phoioluminescence Spectroscopics" 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 Photocatalyic 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.Zhanperisov: "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: "Proparation of Tianium Oxide Photocatalysts Anchored or porous Silica Glass by a Metal Ion-Implantation Method and Their Photocatalytic Reactivites 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整とその液相触媒反応活性" 触媒. 40. 221-227 (1998)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "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 Acivated Carbon by an Ionized Cluster Beam Method and Their Photocatalytic Reactivites for the Degradation of 2-Propanol Dilued in Water" Z.Phys.Chem.(In press). (1998)
• [文献書誌] Jinlong.Zhand: "Fluorescence Propertes of 2,5-Bis(4-(diethylamino)phenyl)-1,3,4-oxadiazolc 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-1) Using XAPS, 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" 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)