| イメージング |
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| 【技術分類】 |
| ４−Ｂ 光触媒活性 |
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| 【技術の名称】 |
| ４−Ｂ−４ イメージング |
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| 【技術内容】 |
光触媒の活性サイトや反応の進行を画像化するイメージング技術が開発されている。LB膜を用いた例が多いが、光触媒の表面設計でもこれが可能である。ここでは、ITO(Indiun and Tin Oxide)-TiO2-Pd複合薄膜の光触媒を調製し、マイクロ電極を用いてTiO2およびPdの表面近傍の反応生成物を別々に測定し、光反応の空間的 (水平および垂直方向の濃度分布) マッピングを行った例を紹介する。
マイクロ電極は７μmのカーボン繊維を外径1mmのパイレックスガラス管に差し込んで引き延ばした。ガラス管とカーボン繊維の隙間をエポキシ樹脂でシールすることによりガラスコートしたカーボン繊維(外径約20μm)を作製し、その先端を一部カット後、磨いてカーボンディスクとした。TiO2光触媒は0.5 M濃度のチタニルアセチルアセトネートのエタノール溶液を用い、450℃のスプレー熱分解法によりITOガラス基板上にTiO2薄膜を作製し、更にPdCl水溶液を含むホトレジストを用い、電解法によりTiO2上にPdを析出させ、最後にホトレジストを取り除いて図１(A)に示す光触媒を調製した。
実験方装置は図１(B)に示しているが、TiO2複合触媒をセルの底におき、マイクロ電極をTiO2薄膜に近接した位置にセットし、５ mM K4Fe(CN)6および0.1 M K2SO4の水溶液中でFe(CN)63-/4-水溶液の光反応を行った。Fe(CN)64-からFe(CN)63-の酸化電流分布をマイクロ電極を垂直にして移動して、TiO2およびPd表面近傍におけるFe(CN)64-の分布を測定した。
図２に示すように電極の移動により水平および垂直方向の濃度分布を測定した。UV照射を開始するとTiO2サイト近傍の酸化反応に基づく陽極電流は減少し、Pdサイト近傍の電流は増大した。また、反応溶液内の濃度分布を拡散モデルによりシミュレーションした。 |
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| 図１ TiO2-Pd複合触媒および光反応実験装置 |
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| 出典：「Microscopic Observation of Photocatalytic Reaction Using Microelectrode： Spatial Resolution for Reaction Products Distribution．」、「Chem Lett NO. 11」、（1995年）、IKEDA K、SAKAI H、BABA R、HASHIMOTO K、FUJISHIMA A著、日本化学会発行、979頁、Figure１ (A) Structure of the TiO2-Pd composite film. (B) Schematic diagram of the experimental setup. |
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| 図１の説明：(A)が光触媒、(B)が実験装置であり、Pt線と飽和カロメル電極(SCE)をカウンター電極および参照電極とし、炭素繊維電極は+500mV VS. SCE一定としている。 |
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| 図２ 触媒表面に対し水平および垂直方向の陽極電流分布 |
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| 出典：「Microscopic Observation of Photocatalytic Reaction Using Microelectrode： Spatial Resolution for Reaction Products Distribution．」、「Chem Lett NO. 11」、（1995年）、IKEDA K、SAKAI H、BABA R、HASHIMOTO K、FUJISHIMA A著、日本化学会発行、980頁、Figure２ The steady-state distribution of reaction products. The electrode was moved perpendicularly across the TiO2-Pd boundary with the distance between the electrode and the film kept at 30(○), 50(□), and 100μm(▲). The current before the irradiation is also shown(△). Potential of the microelectrode, +500 mv vs. SCE. |
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| 図２の説明：水平方向はTiO2とPd膜の境界を０とし、左がTiO2、右がPd表面であり、垂直方向は触媒表面から30、50、100μm離れた位置の電流を測定した。電流変化はTiO2近辺の酸化反応によるFe(CN)64-濃度の減少およびPd近辺の還元反応によるFe(CN)63-の増加に基づいている。 |
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| 【応用分野】 |
| 光触媒の活性評価 |
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| 【出典／参考資料】 |
| 「Chem Lett NO. 11」、（1995年）、IKEDA K、SAKAI H、BABA R、HASHIMOTO K、FUJISHIMA A著、日本化学会発行、979頁〜980頁 |
