不安定化学種の観測による半導体粉末光触媒の反応機構の研究

通过观察不稳定化学物种研究半导体粉末光催化剂的反应机理

• 批准号: 08218223
• 负责人: 野坂 芳雄
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 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: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08218223/
• 关键词: 光触媒; 半導体粉末; 電子スピン共鳴; ESR; 化学発光; 酸化チタン; スーパーオキサイドラジカル; OHラジカル

本研究では、光触媒反応の途中に生じる不安定な中間体を観測することから光触媒の機構について考察した。室温における懸濁液流通反応系において電子スピン共鳴(ESR)を用いたその場観察、そして、化学発光プローブを用いた不安定活性酸素種の観察の2つの方法で次のような成果が得られた。ESRによる光触媒反応のその場観察では、酢酸の光触媒反応では生成する二種類のラジカル(CH_3とCH_2COOH)の生成比を勘案することにより、OHラジカルの出来やすさが触媒により大きく異なることを見出した。これは、問題となっている水溶液TiO_2懸濁系の光触媒反応でOHラジカルを経由する酸化反応と固体表面における直接酸化のどちらが起こるかについての知見を得る有力な方法といえる。TiO_2を加熱処理することにより、あるいは結晶性の良いTiO_2では、OHラジカルの生成を経ないCH_3ラジカルが多く観測されることを見出し、他の方法で調査した固液界面の構造との関連について調べている。化学発光プローブによる不安定化学種の検出では、空気下での光触媒において重要な役割を果たす過酸化水素、OHラジカル、スーパーオキサイド(O_2^-)ラジカルなどの活性酸素を高感度で検出するための新しい方法として、ルミノールやMCLAという化学発光プローブを用いた。TiO_2を励起する光が共存する場合には、散乱および蛍光などにより、微弱な化学発光は観測できなかったが、照射光の遮断後に発光が観測出来ることを見出した。ルミノール存在下でTiO_2を照射すると、照射後の化学発光は1秒前後の寿命を持つ一次減衰と10秒前後の寿命を持つ二次減衰の2つの減衰に分けられるることが分かった。減衰の速い発光はスーパーオキサイドとの反応で発光し、遅い発光はH_2O_2との反応で発光が起こることがわかり、これらの量の見積もりが可能となった。

In this study, the mechanism of photocatalyst reaction was investigated. Two methods for detecting unstable active acid species were developed by using field detection, electron resonance (ESR), and chemical photoluminescence in suspension flow reaction systems at room temperature. The formation ratio of two kinds of catalyst (CH_3 and CH_2COOH) in ESR photocatalyst reaction was investigated. A powerful method for photocatalytic reaction of aqueous TiO_2 suspension is proposed. TiO_2 is heat treated and its crystallinity is improved. TiO_2, OH and CH_3 are formed. The structure of solid-liquid interface is investigated by other methods. The detection of unstable chemical species in the photocatalysts under air and in the photocatalysts under air conditions is important for the detection of highly sensitive active acids such as peracidified water, OH,(O_2^-) and CLA. When TiO_2 is excited, the light is blue shifted, scattered and weak, and the chemical light is detected. When the light is interrupted, the light is detected. In the presence of TiO_2, the chemical emission after irradiation lasts for about 1 second, the first attenuation lasts for about 10 seconds, and the second attenuation lasts for about 2 seconds. The speed of attenuation is reduced by the amount of light emitted from H_2O_2.

项目成果

Y.Nosaka and H.Fukuyama: "Application of Chemiluminescent Probe to the Characterization of TiO_2 Photocatalysts in Aqueous Suspension" Chemistry Letters. (4)(in press). (1997)

Y.Nosaka 和 H.Fukuyama：“化学发光探针在水悬浮液中 TiO_2 光催化剂表征中的应用”化学快报。

Y.Nosaka,K.Koenuma,K.Ushida,A.Kira: "Reaction Mechanism of the Decomposition of Acetic Acid on Illuminated TiO_2 Powder Studied by Means of in situ ESR Measurement." Lang muir. 12(3). 736-738 (1996)

Y.Nosaka,K.Koenuma,K.Ushida,A.Kira：“通过原位ESR测量研究了照明TiO_2粉末上乙酸分解的反应机理”。

S.Zhang,T.Kobayashi,Y.Nosaka,N.Fujii: "Photocatalytic Property of Titanium Silicate Zeolite" Journal of Molecular Catalysis,A.chemirstry. 106. 119-123 (1996)

S.Zhang，T.Kobayashi，Y.Nosaka，N.Fujii：“钛硅酸盐沸石的光催化性能”分子催化杂志，A.chemirstry。

Y.Nakaoka and Y.Nosaka: "EPR Investigation of Unstable Intermediates in Photoinduced Reactions at CdS Semiconductor Particles Dispersed on CdO." Bullitin of Magnetic Resonance. 18. 141-142 (1996)

Y.Nakaoka 和 Y.Nosaka：“分散在 CdO 上的 CdS 半导体颗粒的光诱导反应中不稳定中间体的 EPR 研究。”

Y.Nakaoka and Y.Nosaka: "Electron Spin Resonance Study of Radicals Produced by Photoirradiation on Quantized and Bulk ZnS Particles." Langmuir. 13(4). 708-713 (1997)

Y.Nakaoka 和 Y.Nosaka：“量子化和块状 ZnS 粒子光照射产生的自由基的电子自旋共振研究”。