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: 14050084
• 负责人: 安保 正一
• 金额: $ 1.66万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14050084/
• 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; 高分散酸化チタン; ab initio計算

可視光応答型の光触媒を用いた二酸化炭素と水からの有用な炭化水素類の合成は、地球温暖化の抑制および炭素資源の有効利用の観点から注目すべき重要な研究課題である。本研究では、各種ゼオライトの骨格内に原子レベルで高分散した四配位構造の酸化チタン光触媒(TS-1,Ti-MCM-41,Ti-MCM-48,Ti-HMS)の構築を試みるとともに、その上での二酸化炭素の水による還元固定化反応について検討した。さらに、これらTi/Zeolite触媒にイオン注入法により微小量の遷移金属イオン種を注入し、酸化チタン種の電子状態に摂動を与えることで可視光で機能する新規なTi/Zeolite触媒の構築を試みた。UV-VisおよびXAFS測定により、Ti/Zeolite中においてTi種は孤立高分散状態の四配位酸化チタン種としてゼオライト骨格内に組み込まれていることがわかった。これらTi/Zeoliteを光触媒としてCO2とH2Oの存在下紫外光を照射すると光照射時間に比例してCH4,CH3OHが生成した。Ti/Zeolite触媒は粉末酸化チタン光触媒に比べCO2のH2Oによる還元反応に高い活性を示すほか、生成反応物収量において高いメタノール選択性を示すことがわかった。さらに、イオン注入法を適用して、Ti/Zeolite触媒の可視光化について検討した。Ti/Zeolite触媒にVイオンを注入するとTi/Zeolite触媒の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。また、吸収のシフトの程度はゼオライトの合成法や構造の違いにより異なり、特に、HMSを用いた場合にUV吸収の長波長側へのシフトが顕著になることを見いだした。さらに、Vイオン注入Ti/ZeoliteのVK-edge EXAFS測定およびVイオンを含んだゼオライトモデルのab initio計算により、注入したVイオンは孤立四配位状態で存在するとともに四配位Ti酸化物種に隣接しTi-O-V結合を形成し、これにより四配位Ti酸化物種の電子状態に摂動が生じ、可視光応答型光触媒の創生が可能となることがわかった。

The synthesis of carbon dioxide, the inhibition of global warming, and the utilization of carbon resources are important research topics. In this study, the structure of acidified photocatalysts (TS-1,Ti-MCM-41,Ti-MCM-48,Ti-HMS) with highly dispersed four-coordinate structure was studied. Ti/Zeolite catalysts are prepared by injection of small amounts of migrating metal species, acidification of electron species, and visible light. UV-Vis and XAFS measurements show that Ti species in Ti/Zeolite are isolated and highly dispersed, and that Ti species in Ti/Zeolite are isolated and highly dispersed in Ti/Zeolite. In the presence of CO2 and H2O, the Ti/Zeolite photocatalyst is irradiated with ultraviolet light in proportion to the time of irradiation. CH4 and CH3OH are produced. Ti/Zeolite catalyst powder acidification photocatalyst shows high reactivity and selectivity compared to CO2 and H2O. In addition, the injection method is applicable to Ti/Zeolite catalyst for visible photochemical investigation. Ti/Zeolite catalyst UV absorption depends on the amount of V injection and visible light absorption. The degree of UV absorption is different from that of synthesis, structure and application of HMS. The degree of UV absorption is different from that of long wavelength. VK-edge EXAFS determination of Ti/Zeolite by V-injection includes ab initio calculation, V-injection, existence of tetra-coordinate Ti acidified species adjacent to Ti-O-V binding, formation of electronic states of tetra-coordinate Ti acidified species, and creation of visible photoreactive photocatalyst.

项目成果

K.Ikeue, M.Anpo et al.: "Characterization of Self-standing Ti-containing Porous Silica Thin Films and Their Reactivity for the Photocatalytic Reduction of CO_2 and H_2O"Catal. Today. 74. 241-248 (2002)

K.Ikeue，M.Anpo等：“自支撑含钛多孔二氧化硅薄膜的表征及其光催化还原CO_2和H_2O的反应性”目录。

H.Yamashita, K.Ikeue, M.Anpo: "CO_2 Conversion and Utilization (ACS Symposium Series 809)"ACS, Washington. 13 (2002)

H.Yamashita、K.Ikeue、M.Anpo：“CO_2 转化和利用（ACS 研讨会系列 809）”ACS，华盛顿。

K.Ikeue, M.Anpo et al.: "Photocatalytic Reduction of CO_2 with H_2O on Titanium Oxides Prepared within Zeolite and Mesoporous Molecular Sieves"Electrochemistry. 70. 402-408 (2002)

K.Ikeue，M.Anpo等人：“在沸石和介孔分子筛内制备的钛氧化物上用H_2O光催化还原CO_2”电化学。

安保正一: "可視光応答型光触媒開発の最前線"エヌ・ティー・エス. 7 (2002)

Shoichi Anbo：“可见光响应光催化剂开发的前沿”NTS 7 (2002)。

M.Anpo et al.: "Design and Development of Titanium Oxide Photocatalysts Operating under Visible and UV Light Irradiation"Current Opin. Solid State Mater. Sci.. 6. 381-388 (2002)

M.Anpo 等人：“可见光和紫外光照射下工作的氧化钛光催化剂的设计和开发”当前观点。