太陽光で稼動する薄膜酸化チタン光触媒の開発と環境ホルモンの分解除去

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650845
• 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, 工学研究科, 助教授 (40200688)
• 研究分担者: ザンペイソフ ノルボシン 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (10326275) ; 松岡 雅也 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (80305648) ; 安保 正一 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (70094498)
• キーワード: 光触媒 / 酸化チタン / 環境ホルモン / イオンビーム / 環境浄化 / 薄膜酸化チタン / イオン注入 / 可視光利用

研究概要

イオンビームを用いたイオン注入装置やイオンビーム蒸着装置を利用して、多孔質ガラス板や活性炭素繊維など特殊な表面形状を有する基板上に酸化チタン光触媒を薄膜状に固定化することにより、実用に適した形態を有する高活性な光触媒を調製した。これら構造制御された酸化チタン光触媒にCr、Vなどの金属イオンを注入し酸化チタンの電子状態を改質することで、可視光を吸収し可視光照射下で効率よく稼働する光触媒の開発を目指した。この可視光活性な光触媒と太陽光を利用して、環境内に希薄に存在する環境ホルモンのモデル化合物の分解無害化を試みた。
イオン注入装置を利用して、多孔質ガラス板や石英ガラス板の表面層にTiイオンを注入し、分子状またはクラスター状の酸化チタン光触媒を固定化した。また、クラスターイオンビーム蒸着装置を用いて、厚さと結晶構造の制御された薄膜状の酸化チタン光触媒を基板上に構築した。さらに、これらの酸化チタン光触媒に異種の金属イオンをイオン注入し、可視光応答性を付与した。これらを光触媒として、水中に含まれる微少濃度の環境ホルモンのモデル化合物(クロロフェノールなどの)の酸化分解反応を紫外線または可視光線さらには太陽光照射下で検討したところ、薄膜酸化チタン光触媒および高分散固定化酸化チタン光触媒は高い光触媒活性を示し、汚染有機化合物を二酸化炭素と水に完全分解した。
また、表面積測定、X線解析(XRD、EXAFS)、ホトルミネッセンス、UV吸収、FT-IR測定、により触媒の表面状態の評価をおこない、さらに、X線光電子分光装置、二次イオン質量分析装置、走査電子顕微鏡を使用して、触媒の表面組成、表面電子状態の測定評価を行った。これらの測定を通して、イオンビームの条件の最適化を検討し、実用に適した形態と機能を有する光触媒の開発を行うことができた。

研究成果

• [文献書誌] H.Yamashita, et al.: "Effect of Ion-exchanged Alkali Metal Cations on the Photolysis of 2-pentanone Included within ZSM-5 Zeolite Cavities : A Study of Ab Initio Molecular orbital Calculations"Res. Chem. Intermed.. 27. 89-102 (2001)
• [文献書誌] H.Yamashita, et al.: "Application of Ion Beam Techniques for Preparation of Metal Ion-implanted TiO_2 Thin Film Photocatalyst Available under Visible Light Irradiation : Metal ion-implantation and Ionized Cluster Beam Method"J. Synchrotron Rad.. 8. 569-571 (2001)
• [文献書誌] K.Ikeue, et al.: "Photocatalytic Reactions of CO_2 with H_2O on Ti-Beta Zeolite Photocatalysts : Effect of the Hydrophobic and Hydrophilic Properties"J. Phys. Chem. B. 105. 8350-8355 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, et al.: "Relationship between the Local Structures of Titanium Oxide Photocatalysts and Their Reactivities in the Dcomposition of NO"J. Phys. Chem. B. 105. 8395-8396 (2001)
• [文献書誌] H.Yamashita, et al.: "Preparation of Efficient Titanium Oxide Photocatalysts by an ICB Method and Their Photocatalytic Reactivities for the Purification of Water"Catal. Today. 63. 63-69 (2001)
• [文献書誌] H.Yamashita, et al.: "Photocatalytic Reactions on Chromium Containing Mesoporous Silica Molecular Sieves (Cr-HMS) under Visible Light Irradiation"Chem. Commun.. 435-436 (2001)
• [文献書誌] 山下弘巳: "炭素原料と材料設計3(分担執筆)"CPC研究会編. 156 (2001)