作用スペクトル解析による光触媒活性構造の解明と設計

通过作用谱分析阐明和设计光催化活性结构

基本信息

批准号：
14050007
负责人：
大谷文章
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体粉末の懸濁液における光触媒反応は、一般の化学反応系と違って、酸化剤・還元剤を必要としないので、副生成物を生じない。酸化チタン半導体などの粉末懸濁液を用いる光触媒反応はバンドギャップエネルギー(Eg)を越えるエネルギーを持つ光を照射すれば起こると考えられており、反応生成物や速度に対する吸収波長依存性はほとんど問題にされてこなかった。しかし、超高速分光法により光励起初期過程を検討した結果、Egと同程度の場合とEgを大きく越えるエネルギーの光を照射した場合では、電子-正孔の再結合挙動が大きくことなることを明らかにした。したがって、全体の反応速度に及ぼす再結合速度の影響のどあいによって、波長依存性が生じることがおおいに期待できる。また、結晶構造がことなる酸化チタンを使う場合にはその吸収波長域がことなるため、作用スペクトルを解析することにより、反応に有効な結晶構造を同定することできると予想される。本研究では、定常光照射下における各種半導体光触媒反応の反応速度(光子利用率)と生成物選択性を調べて作用スペクトルを取得し、これを解析することによって、従来見逃されてきた吸収エネルギーの違いに基づく反応挙動の違いを明らかにするとともに、光触媒反応に有効な活性構造の同定と、反応機構の解析を行った。その結果、アナタース・ルチル結晶混合物酸化チタンを用いる光触媒反応の波長依存性を調べ、吸収スペクトルと比較することにより、アナタース・ルチル結晶相のいずれが光触媒として作用しているのかを初めて明らかにすることができ、同じ酸化チタン粉末を用いても光触媒反応の種類により活性な結晶相がことなることがわかった。結晶構造の影響が明らかになった数種類の酸化チタン試料を用い、光強度を変化させて作用スペクトルを測定した結果、反応系によって、光強度依存性を示す系(酢酸酸化分解)と示さない系(水素発生系)があることがわかった。

与一般化学反应系统不同，半导体粉末悬浮液中的光催化反应不需要氧化或还原剂，因此不产生副产品。使用粉末悬浮液（例如氧化钛半导体）的光催化反应被认为是当能量超过带隙能量（例如）的光，并且吸收波长对反应产物和速度的依赖性很少是一个问题。然而，通过超高速度光谱研究了光激发的初始过程，并且发现当照片与EG相同时，并且当照片被照射的能量远高于EG时，电子孔重组行为会在很大程度上观察到。因此，高度期望的是，波长依赖性将取决于重组率对总体反应速率的影响。此外，当氧化钛具有不同的晶体结构时，吸收波长范围会变化，因此通过分析动作谱，可以预期可以鉴定出有效的反应的晶体结构。在这项研究中，检查了在稳定光照射下的各种半导体光催化反应的反应速率（光子利用率）和产品选择性，以获得动作谱，并通过对其进行分析，并分析它们，基于过去在吸收能量的差异，这些反应行为的差异在过去忽略的反应和分析的反应和现有反应和光胶质上的反应是有效的。 As a result, it was possible to investigate the wavelength dependence of photocatalytic reactions using an anatase-rutile crystal mixture titanium oxide and compare them with the absorption spectrum to clarify for the first time which anatase-rutile crystal phase acts as a photocatalyst, and it was found that even if the same titanium oxide powder is used, the active crystal phase differs depending on the type of photocatalytic reaction.使用几种类型的氧化钛样品显示出显示晶体结构的作用，通过改变光强度并表明存在表现出光强度依赖性的系统（乙酸氧化分解）和不表现出（氢产生系统）的系统来测量动作光谱。