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| 光フラックス密度 |
| 【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−ｃ 光フラックス密度 |
| 【技術内容】 |
| 酸化チタン（TiO2）薄膜光触媒を用いて、気相Isopropanol（1- 1,000ppmv）の光脱水素反応を検討した。基質の触媒表面濃度は気相濃度に比例する、即ちLangmuir型平衡が成立していることを別途確認した。この反応で光触媒反応にHg-Xeランプを使用、単色化するため、365nmのバンドパスフィルター（fwhm = 2nm、Kenko、BP-W1-365）を用いた。光照射の強度をポリエステルシートで調節し、微弱な照射強度（光フラックス密度）での反応速度を測定するとともに、量子収率を求めている。 触媒の調製：ソーダライムガラスに市販Anatase TiO2ゾル（石原産業、STS-21、粒子径 20nm、比表面積 50m2/g）をスピンコート担持して調製した。450℃ 1.5h 空気焼成。 光照射強度の測定：UV Power meter(TOPCON UVR-1)を用いた。Thermopile meter（No. 30198E6、The Eppley Laboratory, Inc）を使用して較正した。 |
| 【図】 |
| 図１ 照射光フラックス密度と量子収率（QY）の関係 |
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| 出典：「Kinetics of Photocatalytic Reactions under Extremely Low‐Intensity UV Illumination on Titanium Dioxide Thin Films．」、「J Phys Chem A VOL. 101 NO. 43」、（1997年）、OHKO Y、HASHIMOTO K、FUJISHIMA A著、American Chemical Society発行、8059頁 Fig.４ Dependence of QY on absorbed photons (initial 2-propanol concentration:● 1000ppmv、△ 100ppmv、▲ 10ppmv、○ 1ppmv). Error bars for 100ppmv are omitted for clarity. Reprinted with permission from American Chemical Society |
| 図１の説明：照射光フラックス密度を高くすると量子収率は低下する。低フラックス密度では向上するが、28%程度を超えることはない。基質濃度は高い程、量子収率も高くなり、1ppmの低濃度では量子収率も低下する。光触媒反応が正孔・電子の易動性とともに、基質の拡散律速も関与していることを示す。 |
| 【応用分野】 |
| 光触媒の有効性評価 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「J Phys Chem A VOL. 101 NO. 43」、（1997年）、OHKO Y、HASHIMOTO K、FUJISHIMA A著、American Chemical Society発行、8057頁〜8062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−ｃ 光フラックス密度 |
| 【技術内容】 |
| 光触媒反応では照射した光フラックス（強度、密度）のエネルギーの中で有効に光触媒反応に使用される割合が問題となる。気相、水溶液相とも光の照射強度を変え、反応量を量子収率に換算した結果が報告されている。湿式太陽電池では乾式の太陽電池とこの効率を高めるための競争が続いている。照射強度が光触媒過程に対して与える影響は、正孔、電子への電荷分離から、界面、次いで基質への移動、更に化学反応の効率の積となるから、複雑な内容を含んでいる。しかしこれまで報告されている量子収率の値は光フラックス密度が低い方が高くなる傾向を示しており、反応速度と相補的な関係にある。 水溶液中の有機質の光分解で、照射光密度（光フラックス Ia、フラックス密度 ΦLFD）の量子収率依存性を検討した結果について以下に紹介する。 使用した光触媒：TiO2 (市販品、Fluka) 光触媒反応方法：2,4-Dichlorophenol 163ppm水溶液 (HClO4 aq添加でpH 3.0に調整) Chloroacetic acid 94.5ppm水溶液（pH 3.2）、この溶液 40mLにTiO2触媒 40mg（0.1%）を添加、15min 超音波混合した。光照射に先立ち、ArまたはO2で10min パージし、光照射時も継続して撹拌した。パイレックスガラス製、5.5cm直径、1.5cm厚さ、内容積 40mLの反応器を使用し、320nm以上の波長の紫外光を照射して反応を行った。照射光強度は Illuminator 6000（trisoxalatoiron (III) actinometry）を用いて測定した。 |
| 【図】 |
| 図１ 有機質分解速度および量子収率の光フラックス密度依存性 |
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| 出典：「Light flux and light flux density dependence of the photomineralization rate of 2，4‐dichlorophenol and chloroacetic acid in the presence of TiO2．」、「J Photochem Photobiol A VOL. 87 NO.３」、（1995年）、VINCZE L、KEMP T J著、Elsevier Science SA発行、260頁 Fig.１ Dependence of the normalized mineralization rate (full line) and quantum yield (broken line) of 2,4-dichlorophenol and monochloroacetic acid on the light flux density. Reprinted with permission from Elsevier Science |
| 図１の説明：光フラックス密度は反応速度（基質分解速度）に関係し、高密度ほど反応速度が高かった。但し1018 photons/cm2･sを超えると、反応速度上昇に飽和化傾向が見られた。一方光の量子収率は1015-1018の範囲で一定であった。 |
| 【応用分野】 |
| 光触媒における照射光エネルギー効率の解析 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「J Photochem Photobiol A VOL. 87 NO.３」、（1995年）、VINCZE L、KEMP T J著、Elsevier Science SA発行、257頁〜260頁 |
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| ［更新日 2003.3.28］ |