研究課題
本研究は、天然にある粘土鉱物とTiO2の光触媒複合体において、自然界に普遍的に存在するFe(III)の局在性によって、太陽光のもとで光触媒活性がどのように影響を受けるかを明らかにしようとした。有機汚染物質のモデルとしてフェノールを選び、酸化分解反応をモニタリングした。また還元反応のモデルとしてCr(VI)の還元無害化をモニタリングした。ともに紫外可視光を含むXeランプで光照射を行った。Fe(III)が粘土鉱物またはTiO2のいずれかに担持されている場合の複合体では、Fe(III)が粘土鉱物側に局在している場合のほうが光触媒活性は高くなった。粘土鉱物は本来不導体であるが、Fe(III)の置換型イオン交換によって電子トラップ準位ができ、光により電子励起が起きやすくなり、TiO2との接合があれば、励起電子はTiO2側の電子軌道を使うようになり、粘土鉱物内での再結合が起きにくくなるためと考えられる。一方、TiO2側にFe(III)ドープされている場合には、TiO2側の基底状態にある電子はより少ないエネルギーの光でも励起されやすくなるが、粘土鉱物側との電子の輸送は起きないため、再結合は起きやすいと解釈される。光触媒複合体、とくにTiO2成分の活性評価には、逆二重励起音響分光法による電子トラップ密度分布測定の結果が有効であった。以上のことから、地球表層環境で天然鉱物が光触媒の機能を担って、物質変換を加速する反応が生じ、そのことにFe(III)イオンは重要な役割を果たしていることが示唆された。
2: おおむね順調に進展している
研究実績概要に述べたように、主要な目的に対して、複合体の合成、特性化、光触媒反応の効率評価、Fe(III)の役割の理解は一通りできた。
二年度目には、カーボンニュートラルを念頭に置いて、自然界での糖の分解による酪酸の生成反応を最後のモデル反応とし、粘土鉱物とTiO2複合体中のFe(III)の局在性の光触媒活性への影響をみる。
物品費は試薬や装置など、既存のもので間に合ったこと、旅費は学内の国際学会旅費が採択になったこと、人件費は採用予定のポスドクの来日が遅れたことなどが原因で今年度に使えない分が生じた。これらは次年度に、有機分析に必要なカラムや試薬、成果公表の旅費、複合体の接合の観察に必要な機器分析料、放射光分析料などに有効に使用することとした。
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すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 備考 (1件)
Separations
巻: 10 ページ: 77～77
10.3390/separations10020077
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
巻: 429 ページ: 113909～113909
10.1016/j.jphotochem.2022.113909
Applied Clay Science
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10.1016/j.clay.2022.106577
https://process.mine.kyushu-u.ac.jp/
