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| 光触媒機能の制御 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 酸化チタン光触媒の基礎反応 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−３ 光触媒機能の制御 |
| 【技術内容】 |
| 光触媒を用いた気相、水溶液相有機質の酸化分解（Photocatalytic oxidation: PCO）は、電荷分離で生成する正孔、電子の基質への多段階移行で進む。そのためいくつかの段階でこれを促進または抑制することが可能である。特に有機質の酸化がラジカル機構を含む場合、ラジカルを生成しやすいハロゲン化炭化水素（VOC等）を添加して光利用効率（量子収率）を向上することが期待できる。しかしラジカル伝播は基質特異性が大きいから、目的に合った添加剤の検討が必要となる。気相Methanol (MeOH)の酸化でTrichloroethylene (TCE)の添加効果を検討した例を紹介する。 検討した触媒：TiO2 (Degussa P25) 光触媒反応方法：気相、パイレックス製同心円筒型反応器、触媒を0.4μm以下の薄膜にコーティングして中心部に設置、12個のUVランプ（Johnlite F8T5BLB, ８W）で照射。300-500nmの波長域で、中心波長は360nm。 反応機構の検証でTCEの酸化を識別するため、13CH3OH、H213CO、H13COOHなどの反応を行っている。 |
| 【図】 |
| 図１ Methanolの光酸化におけるTCE添加の影響 |
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| 出典：「Effect of Trichloroethylene on the Photocatalytic Oxidation of Methanol on TiO2．」、「J Catal VOL. 203 NO.１」、（2001年）、MUGGLI D S、ODLAND M J、SCHMIDT L R著、Academic Press発行、54頁 Fig.１ (a)Formation rates of 13CO2 during PCO of 13CH3OH monolayers with and without TCE injection on TiO2 in 20% O2. The TCE injection is shown using a secondary y axis. (b)Formation of 13CH2O in arbitrary units during PCO of 13CH3OH monolayers with and without TCE injection. Reprinted with permission from Elsevier Science |
| 図１の説明：TCEの注入で少量の12CO2がTCEから生成するが、はるかに大量の13CO2が生成している。TCEを添加した場合と無添加時で13CO2生成挙動は変化するものの、生成量積分値の変化は少ない。TCEパルスで初期に生成するのは13CH2Oであり、無添加時に比較して大幅に生成量が増加する。 |
| 【応用分野】 |
| 光触媒反応の促進 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「J Catal VOL. 203 NO.１」、（2001年）、MUGGLI D S、ODLAND M J、SCHMIDT L R著、Academic Press発行、51頁〜63頁 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 酸化チタン光触媒の基礎反応 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−３ 光触媒機能の制御 |
| 【技術内容】 |
| 光触媒の機能は光吸収で生じる正孔、電子の基質への多段階移動で進行するから、その機能を制御するには基質や反応サイトへの電子、正孔の移動を制御（抑制または促進）することが必要になる。いくつかの方法が採用されている。酸化チタン（TiO2）を含む塗料、有機材料へのコーティング材はSiO2コーティングで有機質とTiO2の直接接触を防ぐものであるし、活性酸素種であるHO･の生成を抑制するために表面OHをフッ素イオンに変更する方法などが提案され、実施されている。光触媒反応の促進では塩素化炭化水素の添加が有効である。これらは光触媒の機能を直接または間接に制御することになる。ここではTiO2にフッ素を導入した例を紹介する。 市販のTiO2を水中に分散すると、5wt%で多くの場合pH 3.5-7.3を示すが、製造原料によっては残留不純物での影響で大きくはずれることがある。NaF水溶液で処理すると、酸性、塩基性の水酸基は次のように置換反応を行う。触媒によりこの導入量に差がある。 ≡Ti-OH + Na → ≡Ti-ONa + H+ ≡Ti-OH + F- → ≡Ti-F + OH- このイオン交換の光触媒活性に対する影響をOzone分解反応を例にして検討した。 検討した触媒：触媒学会参照触媒 TIO-1, 2, 3, 4, 5、自製触媒TTP（Ti(OPr)4加水分解）、市販触媒 Merck、Aldrich、P25 (Degussa) Na/Fイオン交換量の例：TIO-1(Na 0.70、F 0.89mmol/g)、P25(Na 0.26、F 0.17mmol/g)、TIO-2(Na 0.07、F 0.04mmol/g)、TTP(Na 0.27、F 0.33mmol/g)など 光触媒活性の評価：横型二重円筒型反応器、中心にHg arcを使用。触媒コーティングした円筒を挿入、Ozone含有ガスを導入し、気相流通で分解率を測定する。 |
| 【図】 |
| 図１ NaF処理に伴うTiO2触媒へのイオン導入 |
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| 出典：「Catalytic and photocatalytic dcompositon of ozone at room temperature over titanium(4) dioxide」、「J Chem Soc Faraday Trans VOL. 88」、（1992年）、OHTANI B、ZHANG S W、NISHIMOTO S、KAGIYA T著、Royal Society of Chemistry発行、1051頁 Fig.２ Adsorption of Na+(open symbols) and F-(closed symbols) as a function of specific surface area (S). (a)Merck, (b)Aldrich, (c)P-25, (d)TTP, (e)TIO-2, (h)TIO-3, (I)TIO-4, and (j)TIO-5. Reproduced by permission of The Royal Society of Chemistry |
| 図１の説明：NaF処理に伴いTiO2触媒に導入されるNa、Fイオン量は概ね比表面積に比例した。触媒によりNa > F、F > Naとなり、製造法の差を反映している。これらの触媒による暗所Ozone分解活性はNaF処理で低下した。光分解活性を > 290nm（暗所分解量を補正）の条件で比較すると、F導入量が低かったTIO-5で最もOzone分解活性（71%）が高く、逆にF導入量の多かったTIO-1(11%)、TTP(29%)等は活性が低かった。 |
| 【応用分野】 |
| 光触媒活性の制御法 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「J Chem Soc Faraday Trans VOL. 88」、（1992年）、OHTANI B、ZHANG S W、NISHIMOTO S、KAGIYA T著、Royal Society of Chemistry発行、1049頁 |
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| ［更新日 2003.3.28］ |