酸化チタン/ゼオライト光触媒系による二酸化炭素の水による還元固定化反応

二氧化钛/沸石光催化体系二氧化碳与水的还原固定反应

• 批准号: 15033263
• 负责人: 安保 正一
• 金额: $ 3.2万
• 依托单位: Osaka Prefecture 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15033263/
• 关键词: 光触媒; 二酸化炭素還元固定化; 可視光利用; ゼオライト; イオン注入; メタノール生成; 表面疎水化; 高分散酸化チタン; メソポーラスゼオライト; 光触媒; 二酸化炭素還元固定化; 可視光利用; ゼオライト; イオン注入; メタノール生成; 表面疎水化; 高分散酸化チタン; メソポーラスゼオライト

本研究では、ゼオライト骨格中にTiを含有した触媒を合成し、この系にイオン注入法を適用することで、酸化チタン光触媒の電子状態の制御を行い、可視光を吸収し二酸化炭素を水により還元固定化できる光触媒プロセスの実現を検討した。また、触媒の薄膜化や疎水化処理により触媒活性と選択性の向上を試みた。Ti含有ゼオライト光触媒上でのメタノール生成の選択性の向上を図るため、F^-イオンを含有するテンプレートを用い、疎水性Betaゼオライト(Ti-Beta(F))を合成した。FT-IR測定により、OH^-イオンを含有するテンプレートを用いて合成したBetaゼオライト(Ti-Beta(OH))と比較してTi-Beta(F)では表面OH基の減少が確認された。実際、室温でのH_2O吸着等温線測定によりTi-Beta(F)ではH_2Oの吸着量は減少し、表面の疎水化が確認できた。これらを光触媒として二酸化炭素の水による還元反応を検討した結果、Ti-Beta(F)は触媒活性は低いものの、Ti-Beta(OH)と比較して高い選択性でメタノールを生成できることを見出した。さらに、光透過性が高く大表面積を有するTi含有メソポーラスシリカ薄膜を合成した。溶媒抽出法により合成したTi含有メソポーラスシリカ薄膜を二酸化炭素と水の存在下で紫外光照射すると、メタンおよびメタノールが生成した。透明なTi含有メソポーラスシリカ薄膜を粉末状にすると光触媒活性が低下することから、透明な薄膜光触媒の高い光触媒反応性が触媒の薄膜化による光吸収効率の向上に密接に関連することがわかった。また、Ti含有メソポーラスシリカ光触媒上にVイオンを注入するとUV-Vis吸収スペクトルは注入イオン量に依存して長波長側にシフトし、可視光を吸収することがわかった。このように可視光吸収が可能な光触媒を用いると、390nmより長波長の光照射下で二酸化炭素の水による還元固定化反応が進行し、メタンおよびメタノールが生成することを見いだした。

在这项研究中，我们研究了在沸石骨骼中合成含有Ti催化剂的光催化剂过程的实现，并通过将离子植入方法应用于该系统，即氧化钛光催化剂的电子状态可控制，可见光和降低的光和含水量可见的光和含水。此外，我们试图通过减少催化剂的膜并使其疏水来提高催化活性和选择性。为了提高甲醇形成在含Ti的沸石光催化剂上的选择性，使用含有F^-ion的模板合成疏水性β沸石（Ti-Beta（F））。 FT-IR测量结果证实，与使用含有OH^-IOR的模板合成的β沸石（Ti-Beta（OH））相比，Ti-beta（F）的表面OH基团降低。实际上，在室温下的H_2O吸附等温线测量减少了Ti-beta（F）中H_2O吸附的量，并确认了表面的疏水性。我们使用这些作为光催化剂，研究了二氧化碳与水的还原反应，尽管Ti-beta（F）具有低催化活性，但发现甲醇可以比Ti-beta（OH）更高的选择性产生。此外，合成了具有高光透射率和较大表面积的含Ti的介孔二氧化硅薄膜。在存在二氧化碳和水的情况下，用溶剂提取合成的含Ti的介孔二氧化硅薄膜被紫外线辐照，从而产生甲烷和甲醇。由于当透明的含Ti的介孔二氧化硅薄膜变成粉末形式时，光催化活性会降低，因此发现透明薄膜光催化剂的高光催化反应性与催化剂稀疏所致的光吸收效率的提高密切相关。还发现，当将V离子植入含Ti的介孔二氧化硅光催化剂时，UV-VIS吸收光谱根据植入的离子的量转移到长波长一侧，从而吸收可见光。人们发现，使用能够可见光吸收的光催化剂，在光照射下与水的二氧化碳的还原和固定反应，其波长超过390 nm，从而形成了甲烷和甲醇。