種々の有機化合物に対するランタニドイオン吸着酸化チタンの光触媒活性と触媒表面の構造解析

摘要

酸化チタン（TiO_2）はパワフルな光触媒としてよく知られ、その光触媒反応の対象となる物質は様々である。 その反応機構において、紫外線を照射することで生成する励起電子-正孔対の寿命が、光触媒反応効率に大きな影響を与えている。 この励起電子-正孔対の再結合を抑制する目的で、TiO_2に適当な金属イオンを担持させた研究が多く行われている。 しかし、焼成して得られる金属イオン担持TiO_2触媒と、単にTiO_2粉末に金属イオンを吸着させた触媒とで、光触媒反応に拘わる金属イオンの役割が異なることが明らかにされてきた。 これまで我々は、ランタニドイオンを吸着させたTiO_2粉末（Ln/TiO_2）を合成し、広域X線吸収微細構造(EXAFS）解析からランタニドイオン周りの構造、および濃度既知のアデノシン三リン酸（ATP）水溶液を対象にした光触媒の活性効果を調べてきた。 その結果、ランタニドイオンが、構造的にATP分子を集める核として働き易い状態であり、ATP分解に優れた活性を示すと考察した［1］。 本研究では、イオン性の異なる物質として陰イオン性物質のATPの他に、中性物質の2-propanol（2-PrOH)と陽イオン性物質のメテレンブルー(MB）を対象として、Ln/TiO_2粉末の光触媒活性効果を検討した。 また、Ln/TiO_2粉末とこれを500°C、1時間で焼成した粉末（Ln/TiO_2-C）のLnイオン近傍構造をEXAFS解析から調べ、触媒活性との関連性を検討した。 比較として、鉄イオン吸着TiO_2粉末(Fe/TiO_2)を使って同樣の実驗も行った。