Mechanism of Multielectron Reduction of Oxygen by Copper Oxide Clusters in Photocatalytic Mineralizations

光催化矿化中氧化铜团簇多电子还原氧的机理

基本信息

批准号：
16F16719
负责人：
大谷文章
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-11-07 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成28年度に選定したモデル光触媒（部分プロトン交換チタン酸カリウムナノワイヤー［酸化チタン粉末の濃水酸化水溶液中での水熱反応による調製］を原料とする水熱反応によって得られる八面体形状アナタース型酸化チタンおよび塩化チタンを原料とする気相合成反応による十面体形状アナタース酸化チタン）について酸素還元の多電子移動プロセスについて，光触媒反応の速度の光強度依存性の解析を既存の高強度UV-LEDランプ（最大約330 mW/cm jを用いて行った．これまでに，酸素の還元が1電子移動の場合には，ペルオキシラジカルを連鎖担体とする連鎖反応機構にもとづいて反応速度が光強度の1/2（0.5）次となることが知られている．酸素の還元が多電子移動の場合には，1つの粒子が複数の光子を吸収する必要があるため，速度の光強度依存性が1/2次からはずれることが予測されていた．実際には，無担持の酸化チタンの場合，低強度では光触媒反応速度は光強度の一次に比例した．これは，1つの粒子あたりに2個の正孔が蓄積する確率が光強度の二次に比例して増大するため，連鎖反応機構による0.5次との乗算により一次になったと思われる．さらに強度を上げると，光触媒反応速度は光強度の0.5次に比例した．これは，ある程度の光強度となると，1つの粒子あたりにつねに2個（以上）の正孔が存在するようになるためと考えられる．一方，酸化銅クラスターを担持させると，低強度でも一次となり，中強度領域では強度を上げても速度が一定となる飽和現象が認められた．これは酸化銅クラスター表面への酸素の拡散が支配的となるためである．さらに高強度では，速度が光強度の二次に比例した．これは，酸化チタン表面で酸素の4電子還元が起こるためと考えた．

对于模型光催化剂（部分质子交换钛酸钾纳米线[通过浓缩的氢氧化物溶液中的氧化钛粉的水热反应制备]，我们在2016年选择了，我们分析了氧气反应的光量依赖于氧化物的光的光强度依赖于氧气的反应速度的光量依赖于氧气的反应速度（均应）。 MW/cm。到目前为止，当氧气通过一个电子转移减少了氧气时，基于链反应机制，使用过氧自由基作为链载体作为链载体的1/2（0.5）。实际上，在氧化钛的情况下，光催化反应速率与低强度的一阶光强度成正比。此外，强度增加，光催化反应速率与光强度的0.5级成正比。这被认为是因为在一定水平的光强度，每个粒子中始终存在两个（或更多）孔。另一方面，当支持氧化铜簇，即使在低强度下，也观察到饱和现象，即使在中等强度区域，即使在强度增加的情况下，速度也是恒定的。这是因为氧扩散到氧化铜簇的表面占主导地位。此外，在高强度下，速度与光强度的二阶成正比。这被认为是因为氧化钛表面发生了四电子还原。