マイクロカプセル触媒を用いた光エネルギー変換に関する研究

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光触媒を用い、水の分解反応を利用した光エネルギーの化学エネルギーへの変換は、電気化学、触媒化学という立場から精力的に研究され、多くの光触媒材料についてその効率が検討された。その結果、変換効率を決定する最大の要因は水の光分解によって生成した水素と酸素の再結合であるとされている。本研究ではマイクロカプセルの内壁と外壁を利用して、水素と酸素の発生サイトを完全に分離することにより、水素と酸素の再結合を防ぎ、水の光分解効率の向上を目的とした。本研究ではマイクロカプセル光触媒の設計、その調製、それを用いた水の光分解実験の順で遂行した。触媒の設計に先立ち、マイクロカブセル触媒の母体となる中空球形粉体の調製に関する基礎的な研究を行った。粉体には炭酸カルシウムを用い、それを油滴上に配列させ、溶液中から炭酸カルシウムを析出させ粒子間を結合する。そして油を抜き中空化するという方法で中空球形粉体を調製した(日本化学会誌、印刷中)。この研究によりあらゆる粉体から中空球形粉体を調製する技術が確立した。そこで、油滴表面にSrTiO_3粒子を配列させ、粒子同士を結合後、内部の油滴を除去し、ニッケルを担持したSrTiO_3粒子が配列した球殼からなるマイクロカプセル触媒の調製を行った。そして、内部の油滴を除去後、200℃で2時間乾燥後、500℃で2時間水素還元し、担持したニッケル化合物を金属ニッケルとした。さらに金属ニッケル表面をわずかだけ酸化するため200℃で2時間、酸素を導入しながら加熱し、SrTiO_3担持ニッケル触媒とした。そして反応装置を製作して水の光分解実験を行った。そこで生成ガスの定量には本申請で購入したガスクロマトグラフィーを用いた。しかし、この触媒の光分解効率は悪かった。その原因を検討するため、SEM、EPMA、XRD、EXAFSなどの測定を行った。その結果、担持したNi粒子により、SrTiO_3粒子への光の接触面積が極端に減少するという原因を見いだした。この欠点を解決するため紫外・可視領域で吸収のない水酸化アルミニウムでSrTiO_3粒子同士を結合し、カプセルの内側にNiを担持した触媒を調製した。現在、この触媒の光分解活性の評価を行っているところである。