表面プラズモン吸収励起光触媒反応の機構解明と高効率化

表面等离子体吸收激发光催化反应的机理阐明和高效

基本信息

批准号：
20043003
负责人：
大谷文章
金额：
$ 1.34万
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

さまざまな市販酸化チタン粉末に光析出法により金を析出させたところ, 紫あるいは灰色に着色した. 拡散反射スペクトルにおいては, 可視光領域に強い吸収が認められた. 幅広い可視光吸収, すなわち表面プラズモン共鳴(SPR)吸収のピーク波長と粒子径について, もちいた酸化チタンの粒径依存性を調べると, 金粒子が大きくなるとともにSPRピーク波長が長波長側にシフトした. また, 酸化チタンの粒径が大きくなると金粒子の粒径が大きくなる傾向は, 酸化チタンの結晶構造とは無関係であった. いくつかの金担持酸化チタンについて作用スペクトルを測定すると, いずれも拡散反射スペクトルと類似していたことから, この反応が金粒子のSPR吸収により開始されることが明らかになった. 拡散反射スペクトルにあらわれるいくつかの幅広いバンドは粒径のちがいや, 粒子の異方性にもとづくものと考えられるが, 作用スペクトルも同様に変化したことから, SPR吸収であれば同様の光反応を誘起するものと思われる. また, 光触媒反応速度におよぼす金の粒子径の影響を検討したところ, 酸化チタンがアナタースとルチルのいずれの場合でも, 金の粒径とともに速度は大きくなった. 金の粒径の増大とともにSPR吸収のピーク波長が長波長側にシフトするので, 金の粒子径が増大すると光吸収強度が増大するが, それ以上に速度が大きくなっているものと考えられ, 酸化チタンの粒径による速度の増大効果も考えられる. 金コロイドをシリカに担持して, 金担持酸化チタンと同様の実験条件において可視光(>450nm)を照射してもほとんど反応が進行しないこと, 酸化チタンの紫外光誘起光触媒反応において酸素の還元反応が酸化チタン上で進行すると考えられていることなどから, 金のSPR吸収により開始する有機化合物の酸化反応の機構として, 金から酸化チタンへの電子注入と, 注入された電子による酸素の還元が推測された.

当使用光沉淀法将金沉积在各种市售二氧化钛粉末上时，它们呈紫色或灰色，在漫反射光谱中，在可见光区域观察到强吸收，即表面等离子体激元。我们研究了共振（SPR）吸收的峰值波长和颗粒尺寸对所用氧化钛颗粒尺寸的依赖性，我们发现随着金颗粒变大，SPR峰值波长移动到较长波长侧。金颗粒粒径随着氧化钛粒径增大而增大的趋势与氧化钛的晶体结构无关，当测量几种金负载氧化钛的作用光谱时，它们都显示出漫反射光谱。结果表明，该反应是由金颗粒的 SPR 吸收引发的。漫反射光谱中出现的几个宽带可能是由于颗粒尺寸的差异或颗粒的各向异性造成的。基于由于作用光谱也以同样的方式变化，看来SPR吸收引起了类似的光反应。此外，当我们检查金粒径对光催化反应速率的影响时，我们发现二氧化钛与锐钛矿相似。在金红石的两种情况下，速度随着金颗粒尺寸的增加而增加，SPR 吸收的峰值波长移动到更长的波长。随着金粒径增大，光吸收强度增大，但认为速度增加得更多，并且速度增加效果也可能是由于氧化钛粒径造成的，因此反应难以进行。即使在与金载二氧化钛相同的实验条件下用可见光（>450 nm）照射时也是如此。在紫外光诱导的二氧化钛光催化反应中，氧的还原反应被认为在二氧化钛上进行，因此，有人提出由金的SPR吸收引发的有机化合物的氧化反应的机理。假设有机化合物从金到氧化钛的氧化反应，以及电子注入和注入电子引起的氧还原。