光触媒作用は、光触媒による光の存在下での光反応の加速です。光触媒が光（つまり、紫外線）にさらされると、強力な酸化ラジカルが生成されます。これらの一般的に知られているラジカルは、ヒドロキシル (OH•) とスーパーオキシド (O2 •))。これらのラジカルが、扱いにくい有機化合物を二酸化炭素と水に分解する原因であることがよく報告されています.
研究されている光触媒はたくさんありますが、最も象徴的な例の 1 つは二酸化チタン (TiO2 ）。図1にTiO2のメカニズムを示します 光触媒として。はじめに TiO2 光エネルギーが照射されると、電子が価電子帯から伝導帯にジャンプします。これにより、価電子帯と伝導帯にそれぞれ正孔（h）と負電子（e）が作成されます。次に、電子と正孔が酸化剤を生成し、有機汚染物質を分解します。
TiO2 でも 有機汚染物質を光分解することができますが、太陽光スペクトルのわずか 5% を構成する UV 光の下でのみ有効です。そのため、TiO2 の効率を高めるために多くの努力がなされてきました。 鉄、マグネシウム、バナジウムなどの金属ドーピングによって可視光に変換されます。つまり、多くの研究者が適切な量のドーパントを TiO2 に戻しています。 .それにもかかわらず、TiO2 で構成される天然ミネラルに関する研究は不足しています。 、潜在的な光触媒として鉄などのドーパントをすでに含んでいるイルメナイトなど。
イルメナイトは、マナッカナイトとしても知られる天然鉱物で、理想的な式 FeTiO
理論的には、イルメナイトは TiO2 の存在により光触媒特性を持つはずです。 .ただし、イルメナイトの光触媒特性は TiO2 よりも低い可能性があります。 その構造に鉄イオンやその他の異物が存在するためです。一方、鉄イオンは、励起された電子が OH• の形成前に伝導帯に到達するための容易な通路を作成することもできます。したがって、可視光範囲で機能することができます。 2011 年に、フェノールの光分解に対するイルメナイトの有効性を評価するための研究が行われました。この研究では、温度、pH などのいくつかの要因が考慮されていなかったため、光触媒としてのイルメナイトの全体像は明らかになりませんでした。
最近、イルメナイトは太陽光照射下で高い光触媒効果を示し、2 時間で反応性ブルー 5 (アゾ染料) を完全に光分解することができました。この研究は、イルメナイトの表面電荷の性質により、酸性条件下でイルメナイトの全容量が明らかになることを示しました。イルメナイトは、中性環境 (pH 7) では負電荷の表面を持ち、表面電荷は、起源に応じて pH 1 ～ 4 の範囲で正にシフトしました。このため、触媒の表面で光分解が起こると、正電荷の表面は、負電荷のアゾ色素をイルメナイトの表面に引き付けやすくなりました。
別の研究では、鉄含有量を調整するために、Ilemnite を塩酸で前処理しました。これは、過剰な鉄が量子トンネリングを介して励起電子の再結合中心として機能するため、構造内の多量の鉄が光触媒作用を遅らせるためです。したがって、高速な再結合により、これらのラジカルの形成が抑制されます。
前処理されたイルメナイトは、低いバンド ギャップ (2.84 eV)、高い表面積 (37 m/g)、低い再結合率などのさまざまな相乗効果により、高い光触媒活性を持っています。適切な量の鉄 (1.62 at.%) で前処理されたイルメナイトは、同じ条件下で 40% の光分解しか達成しなかった生のイルメナイトと比較して、太陽光照射下で pH 3 で 30 分以内に RB5 色素を完全に光分解することができました。 .これらの発見は、天然鉱物であるイルメナイトを使用して光触媒に革命を起こす鍵となる可能性があります.
これらの調査結果は、「光触媒の劣化に対する鉄とイルメナイトの関係」というタイトルの記事で説明されています。この記事は最近、Advanced Powder Technology 誌に掲載されました。 この研究は、マラヤ大学の Ru Bin Lee、 Kian Mun Lee、および Chin Wei Lai、Guan-Ting Pan および Thomas C.K. によって実施されました。国立台北工科大学の Yang と、マラヤ大学と Monash University Sunway Campus の Joon Ching Juan です。これらの調査結果は、Ilmenite:Properties and photodegradation kinetic on Reactive Black 5 Dye というタイトルの記事にも記載されており、最近ジャーナル Chinese Chemical Letters に掲載されました。 この作業は、マラヤ大学の Ru-Bin Lee、 Joon-Ching Juan、 Chin-Wei Lai、および Kian-Mun Lee によって実施されました。
