光触媒と熱触媒の協奏効果を利用した水を還元剤とする水中硝酸イオン光還元分解

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硝酸イオンによる地下水汚染が世界規模で広がっており，清浄な飲料水を継続的に確保することが難しくなっている．本研究の最終目的は，太陽光を駆動力とし，かつ水を還元剤として水中硝酸イオンを光触媒的に分解する反応システムを開発することである。反応を進行させる方法として，光触媒反応による水の全分解により生成した水素を還元剤とする硝酸イオン水素化分解を，水中に存在する別々の触媒上で連続的（逐次的）に進行させることを考えた．反応を達成するには(1)水生成反応を起こさない，かつ(2)反応系中に酸素が存在しても硝酸イオン水素化分解を選択的に進行させる，の2つの性能を高い次元で具備した触媒の開発が鍵を握っている．本研究では，そのような触媒の開発とそれを組み入れた硝酸イオン光還元分解反応システムの実現を目的とする．硝酸イオン水素化分解触媒に用いられる金属触媒は，硝酸イオンを亜硝酸イオンへと還元できる碑金属と亜硝酸イオンを還元できる貴金属を組み合わせたバイメタリック触媒からなる．そのため，酸素共存下における硝酸イオン水素化分解触媒を進行させる触媒を開発する際には碑金属と貴金属への影響を考慮する必要がある．酸素ガス共存下での硝酸イオン水素化分解を選択的に進行させるバイメタリック触媒の開発に先立ち，硝酸イオンの水素化生成物である亜硝酸イオンを反応気質とし、水生成反応が進行しにくい触媒探索を行った．その結果，ルテニウム触媒が水生成反応を抑制し，亜硝酸イオン水素化分解を進行させる触媒であることを見出した．さらに、このルテニウム触媒にスズを第二金属成分として添加したバイメタリック触媒と水全分解に光触媒活性を示す光触媒を組み合わせた水を還元剤とする硝酸イオン光還元分解を行ったところ、硝酸イオンは分解された。