金属イオン注入による酸化物半導体薄膜・単結晶の光触媒特性の制御と作用機構の解明

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11118266
• 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)
• 研究分担者: 松岡 雅也 大阪府立大学, 工学部, 助手 (80305648) ; 安保 正一 大阪府立大学, 工学部, 教授 (70094498)
• キーワード: 光触媒 / 酸化チタン光触媒 / イオン工学 / 環境触媒 / イオンビーム / イオン注入 / 太陽光利用 / 酸化チタン薄膜

研究概要

酸化チタン光触媒が機能するためには紫外光の照射が必要である。しかし、より実用的な利用を目指すためには、生活空間に豊富に存在する可視光や太陽光の照射で効率よく機能する酸化チタン光触媒の開発が切望されている。我々は、従来の化学的手法にはないユニークな特長を有するイオン工学的手法を利用して新規な光触媒の創製を目指し研究を行っている。本研究では、ドライなプロセスとしてのクラスターイオンビーム(Ionized Cluster Beam:ICB)法を用いてシリカガラス基板上に、透明な酸化チタン薄膜光触媒を調製することを検討した。さらに、イオン注入法によりCrやVイオンを酸化チタン薄膜に注入することで、可視光照射下で効率よく機能する酸化チタン薄膜光触媒の調製に成功した。光触媒反応としてNO分解反応やアルコール液相酸化分解反応を検討し、可視光照射下での光触媒反応性を検討し、また、光触媒のキャラクタリゼーションとしてUV-VIS吸収、XRD、XAFS、ESR測定などを行うとともに分子軌道計算を行い、実験的にも理論的にも金属イオン注入により酸化チタン光触媒が可視光応答性を発現する機構の解明を試みた。これらの結果よりイオン注入法が注入金属イオンを高分散状態かつ低酸化状態(3〜4価)で酸化チタン結晶中のTi^<4+>イオンと置換することができる最も有用な手法であり、この置換を実現することで酸化チタン光触媒に可視光応答性が発現することが明らかにできた。

研究成果

• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Characterization of Metal Ion-implanted Titanium Oxide Photocatalysts Operating under Visible Light Irradiation"J. Synchrotron Rad.. 6. 451-452 (1999)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Characterization and Photocatalytic Reactivities of Cr-HMS Mesoporous Molecular Sieves"J. Synchrotron Rad.. 6. 453-454 (1999)
• [文献書誌] Hiromi YAMASHITA: "Photoluminescence Properties and Photocatalytic Reactivities of the Cr- and V-HMS Mesoporous Zeolite Catalysts"Proc. 12th Intern. Zeolite Conf.. 667-672 (1999)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Desing and Development of Unique Titanium Oxide Photocatalysts Capable of Operating under Visible Light Irradiation by an Advanced Metal Ion-implantation Method"Stud. Suef. Sci. Catal. 121. 104-105 (1999)
• [文献書誌] Masakazu ANPO: "Characterization of the Local Structure of the Vanadium Silicalite(VS-2) Catalyst and Its Photocatalytic Reactivity for the Decomposition of NO into N2 and O2"J. Phys. Chem.. 103. 9295-9301 (1999)
• [文献書誌] Akihiro FURUBE: "Charge Carrier Dynamics of Standard TiO2 Catalysts Revealed by Femtosecond Diffuse Reflectance Spectroscopy"J.Phys.Chem.. 103. 3120-3127 (1999)
• [文献書誌] Keita IKEUE: "Photocatalytic Reduction of CO2 with H2O Titanium Oxide Prepared within the FSM-16" Mesoporous Zeolites"Chem. Lett.. 1135-1136 (1999)
• [文献書誌] Masaru HARADA: "Preparation of Titanium Oxide Photocatalysts Loaded on Activated Carbon and their Photocatalytic Reactivity for the Degradationof 2-Propanol"Res. Chem. Intermed.. 25. 757-768 (1999)
• [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"J.Phys.Chem.. 213. 59-65 (1999)
• [文献書誌] D. R. PARK: "Photocatalytic Oxidation of Ethylene to CO2 and H2O on Ultrafine Powdered TiO2 Photocatalysts in the Presence of O2 nad H2O"J. Catal.. 185. 114-119 (1999)
• [文献書誌] N. U. ZHANPEISOV: "Interaction of NO Molescules with Highly Dispersed Titanium Oxides Incorporated into Silicalit Zeolite Cavities"Proc. 12th Intern. Zeolite Conf.. 473-480 (1999)
• [文献書誌] Shinya HIGASHIMOTO: "Investigation of the Local Structure of Vanadium Silicalite Catalyst(VS-1) Using XAFS, FT-IR and Photoluminescence Spectroscopic Methods"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 47-50 (1999)
• [文献書誌] J. L. ZHANG: "Fluorescence Ptoperties of 2, 5-Bis (4-(diethylamino) phenly) -1, 3, 4-oxadiazole Molecules Encapsulated in SiO2 and Si-Ti Binary Oxide Matrices by the Sol-Get Method"Langmuir. 15. 77-82 (1999)
• [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. 20. 60-65 (1999)
• [文献書誌] 山下 弘巳: "酸化チタン光触媒の調製と環境浄化・太陽光利用への応用"ケミカルエンジニアリング. 18. 930-939 (1999)