reaction under aerated conditions

2009/06/03

2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」

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"myth" was proved for the first time

"myth" was proved for the first time

anatase

anatase : being commonly active phase especially for the : being commonly active phase especially for the

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統計的解析による構造因子－光触媒活性の相関 統計的解析による構造因子－光触媒活性の相関

■■ 構造因子の線形結合として解析構造因子の線形結合として解析

■■ 各係数が大きいほど影響が大き各係数が大きいほど影響が大きい：い： 正なら構造因子が大きいほど，負な正なら構造因子が大きいほど，負な ら構造因子が小さいほど活性が高い

ら構造因子が小さいほど活性が高い

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アナタース－ルチル混合結晶光触媒 アナタース－ルチル混合結晶光触媒

■ ■ アナタースとルチルが混合した酸化チタン試料が多い アナタースとルチルが混合した酸化チタン試料が多い

■ ■ 工業的には，ルチルのみを含む酸化チタンは製造困難 工業的には，ルチルのみを含む酸化チタンは製造困難

一般的にアナタースが生じやすく，熱処理（焼成）によってルチル化させる．

一般的にアナタースが生じやすく，熱処理（焼成）によってルチル化させる．

焼成温度が高ければすべてルチルにできるが，焼結により塊状になる 焼成温度が高ければすべてルチルにできるが，焼結により塊状になる

■ ■ 正確には，アモルファス 正確には， アモルファスを含めて考える必要がある を含めて考える必要がある

アナタースのみを含む試料は実はアモルファスも含まれている可能性大（ア アナタースのみを含む試料は実はアモルファスも含まれている可能性大（ア モルファスを正確に定量できない）．実際には，純粋なアナタース，ルチル モルファスを正確に定量できない）．実際には，純粋なアナタース，ルチル

（アモルファス）を得ることが困難

（アモルファス）を得ることが困難

■ ■ 高活性とされる酸化チタン光触媒に，アナタースとルチルが混 高活性とされる酸化チタン光触媒に，アナタースとルチルが混 合したものが多い＝

合したものが多い＝相乗効果（ 相乗効果（ synergy effect synergy effect ） ） か か

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デグサ デグサ P25 P25 酸化チタン 酸化チタン

■ ■ アナタースとルチルの アナタースとルチルの X X 線回折パターン 線回折パターン

■ ■ さまざまな光触媒反応系で活性が高い さまざまな光触媒反応系で活性が高い

アナタースとルチルの アナタースとルチルの

相乗効果か

相乗効果か

作用スペクトル004 2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」

71 71 ルチル ルチル

アナタース アナタース

（混合物）

（混合物）

アモルファス アモルファス ブルカイト ブルカイト

アナタース

アナタース － － ルチル混合結晶 ルチル混合結晶

混合様式 混合様式

各結晶が物理的に混合 各結晶が物理的に混合 担持されている

担持されている コアシェル構造 コアシェル構造

混合比 混合比

結晶子の数 結晶子の数 質量質量

光吸収特性 光吸収特性 表面積表面積

反応物の吸着量 反応物の吸着量

光触媒活性 光触媒活性

バルク バルク バルク

表面 表面

表面

作用スペクトル001 2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」

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光反応/光反応/ 光触媒反応系 光触媒反応系

波長

波長

1

1

(強度

(

強度 1)

1

) 波長

波長

2

2

(強度

(

強度 2)

2

) 波長

波長

3

3

(強度

(

強度 3)

3

) 波長

波長

4

4

(強度

(

強度 4)

4

) 反応生成物

反応生成物 応答（電流など）

応答（電流など）

・ ・

・ ・

・ ・

作用スペクトル（

作用スペクトル（ action spectrum action spectrum ） ）

作用スペクトルの測定 作用スペクトルの測定

量子収率ではなく 量子収率ではなく

みかけの量子収率（光子利用率

みかけの量子収率（光子利用率/apparent quantum yield /apparent quantum yield：入射光束当たりの反応速度） ：入射光束当たりの反応速度）

波長 波長 / nm / nm

反応速度・効率反応速度・効率

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

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作用スペクトルの意味 作用スペクトルの意味

■ ■ 作用スペクトル 作用スペクトル

＝光吸収効率 ＝ 光吸収効率

×電子－正孔 × 電子－正孔 の利用効率 の利用効率

■ 電子－正孔の ■ 電子－正孔の

利用効率が

利用効率が 一 一

定 定 な ら 作 用 ス な ら 作 用 ス

ペクトルと吸収

ペクトルと吸収

スペクトルの形

スペクトルの形

はおなじ はおなじ

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スペクトル形状の数値化：

スペクトル形状の数値化： λ λ _{1/2 1/2}

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

350 360 370 380 390 400 410 420

KM function (normalized)

Wavelength/nm

■ ■ 350 nm 350 nm で規格化 で規格化

■ ■ 350 nm 350 nm の半分の値をあたえる波長をもとめる の半分の値をあたえる波長をもとめる

λ _1/2 = 382 nm

λ λ _{1/2 1/2} = 382 nm = 382 nm

作用スペクトル005 2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」2009/06/03・東京大学総合文化研究科講演「光触媒反応再考─境界領域の化学」

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測定測定

粉末状態で測定 粉末状態で測定

クベルカ・ムンク関数に変換 クベルカ・ムンク関数に変換

350 nm

350 nmで規格化で規格化

λ λ _{1/2 1/2}

350 nm

350 nmの半分の値を与える波長 の半分の値を与える波長

アナタース・ルチル混合物の拡散反射測定 アナタース・ルチル混合物の拡散反射測定

f _anatase

XRDパターンから 求めたアナタース 含有率

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

350 360 370 380 390 400 410 420

KM function (normalized)

Wavelength / nm Merck

P-25

Wako(A) +CR-EL

CR-EL

ドキュメント内 Microsoft PowerPoint b_BO_Tokyo.ppt (ページ 67-75)