JP2002336685A - Method for predicting photocatalyst reaction and system for the same as well as program and recording medium for the same - Google Patents
Method for predicting photocatalyst reaction and system for the same as well as program and recording medium for the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒によって起
こる酸化還元反応(以下、光触媒反応)の予測を行う方
法とその装置及びプログラムとその記録媒体、に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting an oxidation-reduction reaction (hereinafter, referred to as a photocatalytic reaction) caused by a photocatalyst, an apparatus therefor, a program, and a recording medium therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】光触媒は、1970年代に、本多、藤島らに
より二酸化チタン(TiO2)電極上で水の光増感分解が見
出されて以来、光エネルギーを化学エネルギーに変換で
きるプロセスとして、その応用が世界的な注目を集めて
きた。2. Description of the Related Art Photocatalysis has been a process that can convert light energy into chemical energy since the discovery of photosensitized decomposition of water on a titanium dioxide (TiO 2 ) electrode by Honda and Fujishima in the 1970s. , Its application has attracted worldwide attention.
【0003】図2(a)に示されるように、光触媒にそ
のバンドキャップ(TiO2の場合3.2eV)以上のエネルギ
ーを有する光(TiO2の場合、この光の波長は410nm以
下)を照射すると、価電子帯から伝導帯へ電子が励起さ
れ、正孔と電子が生じる。[0003] As shown in FIGS. 2 (a), (the case of TiO 2, the wavelength of this light 410nm or less) light having the band gap (in the case of TiO 2 3.2 eV) or more energy to a photocatalyst when irradiated with Then, electrons are excited from the valence band to the conduction band to generate holes and electrons.
【0004】そして、これら正孔と電子の有する強い酸
化還元力を利用して大気中及び水中の有害物質を分解除
去することができる。一般的に水中では価電子帯におい
て正孔と水が反応してOHラジカルが生成され、また伝導
帯において電子と水中の酸素分子が反応してスーパーオ
キシドアニオン(・O2 -)などの活性酸素種が生成する
ことが確認されている。すなわち、光触媒表面では、酸
化反応と還元反応が同時に進行することになる。[0004] Harmful substances in the air and water can be decomposed and removed by utilizing the strong redox power of the holes and electrons. Generally OH radicals are generated by the holes and water reacts in the valence band in water, also superoxide anion reacts oxygen molecules of electrons and water at the conduction band (· O 2 -) active oxygen, such as Seeds have been found to form. That is, on the photocatalyst surface, the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously.
【0005】しかしながら、光触媒による有機物の分解
反応処理法は、このように、光触媒表面上への物質拡散
が律速となる表面反応であるため、反応にも時間がかか
り、応用上での制約がある。このため、反応効率を向上
するために気相反応を利用するか、オゾンなどの酸化剤
を組み合わせるなどの方法が検討されている。[0005] However, since the decomposition reaction treatment method of an organic substance using a photocatalyst is a surface reaction in which the diffusion of a substance onto the surface of the photocatalyst is rate-determining, the reaction takes time and there is a limitation in application. . For this reason, methods of using a gas phase reaction or combining an oxidizing agent such as ozone to improve the reaction efficiency have been studied.
【0006】また、自然光が利用できるという本来の光
触媒の特長を生かすため、太陽光を利用した水質浄化シ
ステムの開発も精力的になされている。[0006] In addition, in order to take advantage of the original feature of the photocatalyst that natural light can be used, development of a water purification system using sunlight has been energetically performed.
【0007】そして、現在、TiO2光触媒の適用例とし
て、NOx、SOx等の除去、悪臭分解や鮮度保持など、TiO
2光触媒の高い有機物分解能に着目した製品が商品化さ
れている。これらの商品はTiO2の強い酸化力を大気中で
利用したものだが、水中の利用では逆にTiO2の還元力に
着目した研究もなされている。[0007] At present, examples of application of TiO 2 photocatalyst include removal of NOx, SOx, etc., decomposition of odor and maintenance of freshness.
2. Products that focus on the high organic substance resolution of photocatalysts have been commercialized. Although these products use the strong oxidizing power of TiO 2 in the atmosphere, research has been focused on the reducing power of TiO 2 when used in water.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、今日、水処
理分野、特に、浄水分野においては原水水質の悪化から
代替塩素消毒の研究が盛んである。その中の代表的な処
理方法としてオゾン処理があるが、オゾン処理を施す原
水に臭化物イオン(Br-)が含まれているとオゾン
(O3)によってBr-が酸化され発ガン性物質として疑い
のある臭素酸イオン(BrO3 -)が生成する(図2
(b))。そして、この生成されたBrO3 -の分解に、前
記光触媒の還元力を用いることは非常に有効な手段とな
る。By the way, in the field of water treatment, especially in the field of water purification, research on alternative chlorine disinfection has been actively conducted due to deterioration of raw water quality. There is ozone treatment as a typical method of processing therein, bromide ion in the raw water subjected to ozone treatment (Br -) Br by the contains ozone (O 3) - is oxidized suspected as carcinogen of certain bromate ion (BrO 3 -) are generated (Fig. 2
(B)). Then, BrO 3 This generated - the decomposition of it becomes a very effective means of using the reducing power of the photocatalyst.
【0009】そこで、発明者らは、このような光触媒の
還元力に着目し、この還元力による脱窒作用(図2
(c))が期待できないかと試験を行った。脱窒効果が
期待できると、現在富栄養化で問題になっている湖沼や
海域での応用が十分に考えられるからである。Therefore, the present inventors focused on the reducing power of such a photocatalyst, and denitrified by the reducing power (see FIG. 2).
A test was made to see if (c)) could be expected. If a denitrification effect can be expected, its application to lakes and marshes and sea areas, which are currently a problem in eutrophication, can be sufficiently considered.
【0010】しかしながら、脱窒作用は全く認められ
ず、逆に、亜硝酸イオン(NO2 -)から硝酸イオン(N
O3 -)への酸化反応のみが確認された(図3)。[0010] However, denitrification not observed at all, on the contrary, nitrite ion (NO 2 -) from nitrate ion (N
Only the oxidation reaction to O 3 − ) was confirmed (FIG. 3).
【0011】このように、光触媒は強い酸化力及び還元
力を有しているとはいえ、その反応は処理対象に依存
し、形態が異なってくる。このため、光触媒処理を用い
た場合、例えば、水処理への適用に関して、原水の特性
によって、BrO3 -の分解しか反応が確認されなかった
り、BrO3 -は分解されたが、新たに他の有害物質が生成
されてしまったりすることも十分に考えられる。As described above, although the photocatalyst has a strong oxidizing power and a reducing power, its reaction depends on the object to be treated and its form is different. Therefore, when a photocatalyst treatment, for example, with respect to application to water treatment, the characteristics of the raw water, BrO 3 - disassemble only not confirmed reaction of, BrO 3 - but was degraded, new other It is quite possible that harmful substances are generated.
【0012】そのため、実際に、光触媒処理を適用する
前に、この処理方法が有効なのかどうか把握しておく必
要があるが、その手法の開発に関する研究が未だなされ
ていないのが現状である。Therefore, before actually applying the photocatalytic treatment, it is necessary to grasp whether or not this treatment method is effective. At present, however, no research has been made on the development of the method.
【0013】本発明は、かかる事情に鑑み創作されたも
ので、その目的は、処理対象に対する光触媒反応の予測
とその適用性の判断が容易に可能な、光触媒反応予測方
法とその装置及びプログラムとその媒体の提供、にあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a photocatalytic reaction prediction method, a photocatalytic reaction prediction method, an apparatus and a program, which can easily predict a photocatalytic reaction for a treatment object and judge its applicability. Provision of the medium.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、請求項1記載の発明は、光触媒と試供基質
とが存在する反応系における光触媒反応の予測方法であ
って、光触媒と試供基質とを反応させる系のpH値に基づ
いて当該光触媒の伝導帯及び価電子帯、並びに当該基質
に関わる反応系の標準酸化還元電位を補正する工程と、
前記補正した酸化還元電位を電位順に整序する工程と、
前記酸化還元電位の整序の結果から、前記光触媒によっ
て起こる試供基質の酸化反応若しくは還元反応の阻害促
進状況を決定する工程と、を有することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 is a method for predicting a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present, and the method comprises the steps of: A step of correcting the conduction band and the valence band of the photocatalyst based on the pH value of the system that reacts with the substrate, and the standard oxidation-reduction potential of the reaction system related to the substrate,
Ordering the corrected redox potential in order of potential,
A step of determining, from the result of the regulation of the oxidation-reduction potential, the state of promoting the inhibition of the oxidation or reduction reaction of the sample substrate caused by the photocatalyst.
【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載の光
触媒反応予測方法において、前記補正した酸化還元電位
を電位順に整序した後、前記光触媒によって起こり得る
試供基質の反応経路を取得し、該光触媒によって起こる
試供基質の反応の有無、または反応が起こる場合は酸化
反応か還元反応かを決定することを決定する工程を有す
ること、を特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the method for predicting a photocatalytic reaction according to the first aspect, after adjusting the corrected oxidation-reduction potential in the order of potential, a reaction path of a sample substrate that can occur by the photocatalyst is obtained; A step of deciding whether or not a reaction of the sample substrate caused by the photocatalyst occurs, or if the reaction occurs, determining whether the reaction is an oxidation reaction or a reduction reaction.
【0016】請求項3記載の発明は、請求項2記載の光
触媒反応予測方法において、前記取得された反応経路中
の物質名を一つ選択する工程と、この物質について酸化
反応と還元反応が同時に進行するか否かを判断する工程
と、酸化反応と還元反応が同時に進行する場合、前記補
正した酸化還元電位から演算によって該酸化反応と該還
元反応のギブズ自由エネルギーを算出し、この演算結果
に基づき、該酸化反応と該還元反応のうち、どちらの反
応が優先的に起こるかを決定する工程を有すること、を
特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the method for predicting a photocatalytic reaction according to the second aspect, a step of selecting one of the substance names in the obtained reaction path, and simultaneously performing an oxidation reaction and a reduction reaction on this substance. A step of determining whether or not to proceed, and when the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously, calculate the Gibbs free energy of the oxidation reaction and the reduction reaction by calculation from the corrected oxidation-reduction potential, and calculate the A step of determining which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially.
【0017】請求項4記載の発明は、光触媒と試供基質
とが存在する反応系における光触媒反応を予測する装置
であって、光触媒名と試供基質名と反応系のpH値とを
入力する入力手段と、予め、光触媒の伝導帯及び価電子
帯並びに試供基質の関わる反応系の標準酸化還元電位を
記録しておく記録手段と、反応系のpH値と、前記記録手
段から当該反応系に存在する光触媒及び試供基質に関わ
る標準酸化還元電位の値とが供給され、これらの値から
演算によって該酸化還元電位を補正する前処理手段と、
前記前処理手段で補正された酸化還元電位が供給され、
この酸化還元電位の値に基づき、光触媒によって起こる
試供基質の酸化反応若しくは還元反応の阻害促進状況を
決定する演算処理手段と、前記演算処理手段によって決
定された試供基質の酸化反応若しくは還元反応の阻害促
進状況を反応予測結果として出力する手段とを備えたこ
と、を特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for predicting a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a sample substrate are present, and an input means for inputting a photocatalyst name, a sample substrate name, and a pH value of the reaction system. A recording means for recording in advance the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the conduction band and valence band of the photocatalyst and the sample substrate; a pH value of the reaction system; Pretreatment means for supplying a standard oxidation-reduction potential value relating to the photocatalyst and the sample substrate, and correcting the oxidation-reduction potential by calculation from these values;
The oxidation-reduction potential corrected by the pre-processing means is supplied,
An arithmetic processing means for determining, based on the value of the oxidation-reduction potential, the promotion of the inhibition of the oxidation or reduction reaction of the sample substrate caused by the photocatalyst; and the inhibition of the oxidation or reduction reaction of the sample substrate determined by the arithmetic processing means. Means for outputting the promotion status as a reaction prediction result.
【0018】請求項5記載の発明は、請求項4記載の光
触媒反応予測装置において、前記演算処理手段は、前記
前処理手段から供給された酸化還元電位の値に基づき、
光触媒によって起こり得る試供基質の反応経路を取得
し、演算によって、反応の有無、または反応が起こる場
合は酸化反応か還元反応かを決定すること、を特徴とす
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the photocatalytic reaction predicting apparatus according to the fourth aspect, the arithmetic processing means is configured to perform a calculation based on a value of an oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means.
The method is characterized in that a reaction path of a sample substrate that can be caused by a photocatalyst is obtained, and the presence or absence of a reaction or, if a reaction occurs, whether it is an oxidation reaction or a reduction reaction is determined by calculation.
【0019】請求項6の発明は、請求項5記載の光触媒
反応予測装置において、前記演算処理手段は、前記取得
した反応経路における各物質において、酸化反応と還元
反応が同時に進行すると判断した場合、前記前処理手段
から供給された酸化還元電位の値から演算によってギブ
ズ自由エネルギーを算出し、この演算結果に基づき、該
酸化反応と該還元反応のうち、どちらの反応が優先的に
起こるかを決定すること、を特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the photocatalytic reaction prediction device according to the fifth aspect, when the arithmetic processing means determines that the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously in each of the substances in the obtained reaction path, Gibbs free energy is calculated by calculation from the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means, and based on the calculation result, which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially is determined. To do.
【0020】請求項7記載の発明は、光触媒と試供基質
とが存在する反応系における光触媒反応を予測するため
に、コンピュータを、光触媒名と試供基質名と反応系の
pH値とを入力する入力手段と、予め、光触媒の伝導帯
及び価電子帯並びに試供基質の関わる反応系の標準酸化
還元電位を記録しておく記録手段と、反応系のpH値と、
前記記録手段から当該反応系に存在する光触媒及び試供
基質に関わる標準酸化還元電位の値とが供給され、これ
らの値から演算によって該酸化還元電位を補正する前処
理手段と、前記前処理手段で補正された酸化還元電位が
供給され、この酸化還元電位の値に基づき、光触媒によ
って起こる試供基質の酸化反応若しくは還元反応の阻害
促進状況を決定する演算処理手段と、前記演算処理手段
によって決定された試供基質の酸化反応若しくは還元反
応の阻害促進状況を反応予測結果として出力する手段と
として機能させるための光触媒反応予測プログラムであ
ること、を特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in order to predict a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present, a computer is used to input a photocatalyst name, a test substrate name, and a pH value of the reaction system. Means, in advance, a recording means for recording the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the conduction band and valence band of the photocatalyst and the test substrate, and the pH value of the reaction system,
Pre-processing means for supplying a standard oxidation-reduction potential value relating to a photocatalyst and a sample substrate present in the reaction system from the recording means, and correcting the oxidation-reduction potential by calculation from these values; and The corrected oxidation-reduction potential is supplied, and based on the value of the oxidation-reduction potential, an arithmetic processing unit that determines the inhibition promotion state of the oxidation reaction or the reduction reaction of the test substrate caused by the photocatalyst, and the arithmetic processing unit determines the state. A photocatalytic reaction prediction program for functioning as a means for outputting the inhibition promotion status of the oxidation or reduction reaction of the test substrate as a reaction prediction result.
【0021】請求項8記載の発明は、請求項7記載の光
触媒反応予測プログラムにおいて、前記演算処理手段
は、前記前処理手段から供給された酸化還元電位の値に
基づき、光触媒によって起こり得る試供基質の反応経路
を取得し、演算によって、反応の有無、または反応が起
こる場合は酸化反応か還元反応かを決定すること、を特
徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the photocatalytic reaction prediction program according to the seventh aspect, the arithmetic processing means is a sample substrate which can be generated by the photocatalyst based on the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means. Is obtained by calculating the presence or absence of a reaction or, if a reaction occurs, whether it is an oxidation reaction or a reduction reaction.
【0022】請求項9記載の発明は、請求項8記載の光
触媒反応予測プログラムにおいて、前記演算処理手段
は、前記取得した反応経路における各物質において、酸
化反応と還元反応が同時に進行すると判断した場合、前
記前処理手段から供給された酸化還元電位の値から演算
によってギブズ自由エネルギーを算出し、この演算結果
に基づき、該酸化反応と該還元反応のうち、どちらの反
応が優先的に起こるかを決定すること、を特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, in the photocatalytic reaction prediction program according to the eighth aspect, the arithmetic processing means determines that the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously in each of the substances in the obtained reaction path. Calculating the Gibbs free energy by calculation from the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means, and determining which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially based on the calculation result. Deciding.
【0023】請求項10記載の発明は、光触媒と試供基
質とが存在する反応系における光触媒反応を予測するた
めに、コンピュータを、光触媒名と試供基質名と反応系
のpH値とを入力する入力手段と、予め、光触媒の伝導
帯及び価電子帯並びに試供基質の関わる反応系の標準酸
化還元電位を記録しておく記録手段と、反応系のpH値
と、前記記録手段から当該反応系に存在する光触媒及び
試供基質に関わる標準酸化還元電位の値とが供給され、
これらの値から演算によって該酸化還元電位を補正する
前処理手段と、前記前処理手段で補正された酸化還元電
位が供給され、この酸化還元電位の値に基づき、光触媒
によって起こる試供基質の酸化反応若しくは還元反応の
阻害促進状況を決定する演算処理手段と、前記演算処理
手段によって決定された試供基質の酸化反応若しくは還
元反応の阻害促進状況を反応予測結果として出力する手
段ととして機能させるための光触媒反応予測プログラム
を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である
こと、を特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, in order to predict a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present, a computer is used to input a photocatalyst name, a test substrate name, and a pH value of the reaction system. Means, recording means for recording in advance the conduction and valence bands of the photocatalyst, and the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the test substrate, pH value of the reaction system, and the presence of the reaction system from the recording means. And the value of the standard oxidation-reduction potential related to the photocatalyst and the test substrate,
Pretreatment means for correcting the oxidation-reduction potential by calculation from these values, and an oxidation-reduction potential corrected by the pretreatment means are supplied. Based on the value of the oxidation-reduction potential, an oxidation reaction of the test substrate caused by the photocatalyst is performed. Or, a photocatalyst for functioning as arithmetic processing means for determining the inhibition promotion status of the reduction reaction, and means for outputting the oxidation promotion or reduction inhibition inhibition status of the test substrate determined by the arithmetic processing means as a reaction prediction result It is a computer-readable recording medium recording a reaction prediction program.
【0024】請求項11記載の発明は、請求項10記載
の光触媒反応予測プログラムを記録したコンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記演算処理手段は、
前記前処理手段から供給された酸化還元電位の値に基づ
き、光触媒によって起こり得る試供基質の反応経路を取
得し、演算によって、反応の有無、または反応が起こる
場合は酸化反応か還元反応かを決定すること、を特徴と
する。According to an eleventh aspect of the present invention, in the computer readable recording medium having recorded thereon the photocatalytic reaction prediction program according to the tenth aspect, the arithmetic processing means comprises:
On the basis of the value of the oxidation-reduction potential supplied from the pretreatment means, a reaction path of the sample substrate that can occur by the photocatalyst is obtained, and the presence or absence of a reaction, or, if the reaction occurs, an oxidation reaction or a reduction reaction is determined by calculation. To do.
【0025】請求項12記載の発明は、請求項11記載
の光触媒反応予測プログラムを記録したコンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記演算処理手段は、
前記取得した反応経路における各物質において、酸化反
応と還元反応が同時に進行すると判断した場合、前記前
処理手段から供給された酸化還元電位の値から演算によ
ってギブズ自由エネルギーを算出し、この演算結果に基
づき、該酸化反応と該還元反応のうち、どちらの反応が
優先的に起こるかを決定すること、を特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, in the computer readable recording medium having recorded thereon the photocatalytic reaction prediction program according to the eleventh aspect, the arithmetic processing means comprises:
In each of the substances in the obtained reaction path, when it is determined that the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously, the Gibbs free energy is calculated by calculation from the value of the oxidation-reduction potential supplied from the pretreatment means, and the calculation result is And determining which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially.
【0026】以上の本発明に係る光触媒反応予測方法と
その装置及びプログラムとその記録媒体によれば、光触
媒とこれと共存する物質の酸化還元電位とギブズ自由エ
ネルギーを考慮しているので、当該光触媒によって起こ
す酸化反応や還元反応の阻害促進可能性の判断、及び前
記反応の優先順位の予測が可能となる。According to the photocatalytic reaction prediction method, the apparatus, the program, and the recording medium according to the present invention described above, since the redox potential and Gibbs free energy of the photocatalyst and the coexisting substance are taken into consideration, the photocatalyst is considered. Thus, it is possible to determine the possibility of promoting the inhibition of the oxidation reaction or reduction reaction caused by the reaction, and to predict the priority of the reaction.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面等
に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0028】光触媒表面で起こる反応は電子の受け渡し
による酸化還元反応であるため、そこには電子の取り込
みやすさや放出しやすさ、さらにその際のエネルギーの
大小が問題となってくるものと考えられる。Since the reaction occurring on the surface of the photocatalyst is an oxidation-reduction reaction due to the transfer of electrons, it is considered that the ease of taking in and releasing electrons, and the magnitude of the energy at that time, become problems. .
【0029】そこで、電子の取り込みやすさや放出しや
すさの指標として、標準酸化還元電位(E0)がある。
また、その際のエネルギーの大小を見る指標として、標
準ギプス自由エネルギー(ΔG0)がある。Therefore, there is a standard oxidation-reduction potential (E 0 ) as an index of the ease of taking in and releasing electrons.
In addition, there is a standard cast free energy (ΔG 0 ) as an index for checking the magnitude of the energy at that time.
【0030】ここで、E0とΔG0の見方について、酸化
体An+と還元体Aの反応系An++ne -→Aを例に挙げて
説明する。Here, E0And ΔG0About the view of oxidation
Body An +Reaction system A ofn ++ Ne -→ Take A as an example
explain.
【0031】まず、下記の反応式(1)における酸化還
元電位差の大きさをEとすると、Eはネルンストの式に
より(2)式によって表される。First, assuming that the magnitude of the oxidation-reduction potential difference in the following reaction formula (1) is E, E is expressed by formula (2) by Nernst's formula.
【0032】 An++ne-→A …… (1) E=E0+RT・(nF)-1・ln([A+]/[A]) …… (2) E0:標準酸化還元電位 R:気体定数 T:絶対温度 n:反応系に関与する電子の数 F:ファラデー定数 (2)式において、[A+]及び[A]は活量を示す
が、[A+]及び[A]が、溶質(液体、固体)である
場合はモル濃度として、また気体である場合はモル分圧
として代用される。A n + + ne − → A (1) E = E 0 + RT · (nF) −1 · ln ([A + ] / [A]) (2) E 0 : standard redox potential R : Gas constant T: absolute temperature n: number of electrons involved in the reaction system F: Faraday constant In the formula (2), [A + ] and [A] indicate activity, but [A + ] and [A] Is a molar concentration when it is a solute (liquid or solid), and a molar partial pressure when it is a gas.
【0033】また、Eは、反応系のpHにより変化する。E changes depending on the pH of the reaction system.
【0034】ここで、(1)において、例えば、酸化体
An+がNO3 +、還元体AがNO2 -である場合におけるpHによ
るEの変化について考える。Here, in (1), for example, the change in E due to pH when the oxidant A n + is NO 3 + and the reductant A is NO 2 − will be considered.
【0035】 NO3 -+2H++2e- → NO2 -+H2O …… (3) 上記反応式(3)におけるネルンストの式は、下記
(4)式となる。NO 3 − + 2H + + 2e − → NO 2 − + H 2 O (3) The Nernst equation in the above reaction equation (3) is the following equation (4).
【0036】 E=E0+RT・(2F)-1・ln(([NO3 -]・[H+]2)/([NO2 -]・[H2O])) …… ( 4) (4)式において、本発明に係る光触媒反応予測は、NO
3 -と等モルのNO2 -が生成し、[H2O]=1と考えている。
さらに、ln[H+]=2.303log10[H+]=−2.303pHで
あるから、(4)式は下記(5)式と表せる。これが、
反応式(3)におけるpHを考慮したE0補正のための演算
式となる。E = E 0 + RT · (2F) −1 · ln (([NO 3 − ] · [H + ] 2 ) / ([NO 2 − ] · [H 2 O])) (4) In equation (4), the photocatalytic reaction prediction according to the present invention is NO
It is believed that 3 - and equimolar NO 2 - are produced and [H 2 O] = 1.
Further, since ln [H + ] = 2.303 log 10 [H + ] = − 2.303 pH, the equation (4) can be expressed as the following equation (5). This is,
The arithmetic expression for E 0 correction considering the pH in the reaction formula (3).
【0037】 E=E0+RT・(2F)-1・ln(([NO3 -]・[H+]2)/([NO2 -]・[H2O])) =E0+RT・(2F)-1・ln[H+]2 =E0+2RT・(2F)-1・ln[H+] =E0−2.303RT・F-1・pH …… (5) そして、以上のことから明らかなように、単位モル当り
の酸化体に関係する反応系におけるpHを考慮したネルン
ストの式は、下記(6)式と表してよい。E = E 0 + RT · (2F) −1 · ln (([NO 3 − ] · [H + ] 2 ) / ([NO 2 − ] · [H 2 O])) = E 0 + RT · (2F) −1 · ln [H + ] 2 = E 0 + 2RT · (2F) −1 · ln [H + ] = E 0 −2.303RT · F −1 · pH (5) And above As is clear from the above, the Nernst equation considering the pH in the reaction system relating to the oxidant per unit mole may be expressed by the following equation (6).
【0038】 E=E0−2.303・mRT・(nF)-1・pH …… (6) m:反応系に関与する水素イオンの係数 n:反応系に関与する電子の数 先に述べたように、光触媒反応では光触媒表面上におい
て電子の授受が行われるので、まず進行する反応系と光
触媒間での、電子のやりとりのしやすさが問題になる。
そこで、その指標としてこのE0を用いることが有効な
手段となる。E = E 0 −2.303 · mRT · (nF) −1 · pH (6) m: Coefficient of hydrogen ion involved in the reaction system n: Number of electrons involved in the reaction system As described above. In the photocatalytic reaction, electrons are exchanged on the surface of the photocatalyst. Therefore, the ease of exchange of electrons between the proceeding reaction system and the photocatalyst becomes a problem.
Therefore, the use of this E 0 becomes an effective means as the index.
【0039】ネルンストの式において、E0が小さいほ
ど、その系は電子を放出しやすい反応系(酸化反応が起
こりやすい系)であること表し、逆に大きいほど、その
系は電子を取り込みやすい反応系(還元反応が起こりや
すい系)であることを表している。In the Nernst equation, the smaller the value of E 0 , the more the system is a reaction system that easily emits electrons (a system in which an oxidation reaction is likely to occur). It indicates that the system is a system (a system in which a reduction reaction easily occurs).
【0040】図4は、溶媒が水である場合の光触媒反応
における酸化還元電位の見方の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of how to view the oxidation-reduction potential in the photocatalytic reaction when the solvent is water.
【0041】溶媒が水であるときの光触媒反応を想定す
ると、本発明に係る光触媒反応予測は、水に溶けている
酸素(DO)と水との間のE0(O2/H2O)を基準電位とし
ている。このとき、試供反応系の電位が、前記基準電位
と伝導帯の電位との間にあれば、その系は電子を放出し
やすい系と判断され、逆に前記基準電位と価電子帯の電
位との間にあれば、その系は電子を取込みやすい系と判
断される。Assuming a photocatalytic reaction when the solvent is water, the prediction of the photocatalytic reaction according to the present invention is based on E 0 (O 2 / H 2 O) between oxygen (DO) dissolved in water and water. Is the reference potential. At this time, if the potential of the sample reaction system is between the reference potential and the potential of the conduction band, the system is determined to be a system that easily emits electrons. If it is between the two, it is determined that the system is easy to take in electrons.
【0042】また、E0は、目的とする酸化還元反応の
阻害若しくは促進の判断指標となる。E 0 is a judgment index for inhibiting or accelerating a target oxidation-reduction reaction.
【0043】光触媒を用いた還元処理系(酸化処理系)
においては、還元反応(酸化反応)を促進させたい場合
は当該処理系に酸化反応(還元反応)を起こす基質を共
存させればよく、また還元反応(酸化反応)を阻害させ
たい場合は同じ還元反応(酸化反応)を起こす基質を共
存させればよいことがわかっている。Reduction treatment system using photocatalyst (oxidation treatment system)
In, when a reduction reaction (oxidation reaction) is to be promoted, a substrate that causes an oxidation reaction (reduction reaction) may be coexistent in the treatment system, and when a reduction reaction (oxidation reaction) is to be inhibited, the same reduction reaction is required. It is known that a substrate that causes a reaction (oxidation reaction) may be coexisted.
【0044】図5は、NO2 -を共存させた場合とさせない
場合のBrO3 -濃度の挙動を示した特性図である。これに
よると、BrO3 -単独系におけるBrO3 -の還元速度よりも、
酸化反応を起こすNO2 -を共存させた系のBrO3 -の還元速
度が大きいことが示されている。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the behavior of the BrO 3 - concentration in the case where NO 2 - is coexisted and in the case where NO 2- is not present. According to this, BrO 3 - than the reduction rate of, - BrO 3 in sole system
It has been shown that the reduction rate is large - BrO 3 of systems coexist - NO 2 to cause an oxidation reaction.
【0045】また、図6は、ClO2 -を共存させた場合と
させない場合のBrO3 -濃度の挙動を示した特性図であ
る。これによると、同じ還元反応を起こすClO2 -を共存
させた系では、ClO2 -の還元反応が終了してからBrO3 -の
還元が始まるというように、反応に優先順位ができ、Br
O3 -の還元が阻害されることが示されている。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the behavior of the BrO 3 - concentration when ClO 2 - is coexisted and when it is not. According to this, ClO 2 to cause the same reduction reaction - in the coexistence is not a system, ClO 2 - since the reduction reaction is complete BrO 3 - and so the reduction starts, can prioritize the reaction, Br
O 3 - reduction is shown to be inhibited for.
【0046】ここで、ClO2 -によるBrO3 -還元の阻害のメ
カニズムについて述べる。[0046] In this case, ClO 2 - According to the BrO 3 - describes the mechanism of inhibition of the reduction.
【0047】図7は、主な反応系の標準酸化還元電位を
示している。FIG. 7 shows the standard oxidation-reduction potential of the main reaction system.
【0048】これによると、直接電子のやりとりを行う
二つの反応系におけるE0値の差が大きくなるほど、還
元反応速度が増すことになる。ここで、BrO3 -がTiO2の
伝導帯から電子をもらいBrO-に還元される反応系におい
て、TiO2の伝導帯のE0値を基準とし、伝導帯のE0値と
BrO3 -/BrO-系のE0値の差、及び伝導帯のE0値とClO 2 -/
ClO-系のE0値の差を考慮すると、還元反応の起こりや
すさは、(ClO2 -→ClO -)>(BrO3 -→BrO-)となる。そ
のため、ClO2 -とBrO3 -の反応に優先順位が生じ、結果的
に、BrO3 -の還元反応が阻害されることとなる。According to this, the direct exchange of electrons is performed.
E in two reaction systems0The greater the difference between the values, the more
The original reaction rate will increase. Where BrOThree -Is TiOTwoof
BrO from the conduction band-Reaction system reduced to
And TiOTwoConduction band E0Based on the value, the conduction band E0Value and
BrOThree -/ BrO-System E0Value difference and conduction band E0Value and ClO Two -/
ClO-System E0Considering the difference in values, the occurrence of reduction
Susa is (ClOTwo -→ ClO -)> (BrOThree -→ BrO-). So
For, ClOTwo -And BrOThree -Priorities in response to
And BrOThree -Will be inhibited.
【0049】尚、BrO3 -/BrO-系、ClO2 -/ClO-系よりも、
BrO-/Br-系、ClO-/Cl-系の還元速度の方が大きいことも
わかるが、BrO-、ClO-は最初から反応系内に存在してい
るわけでなく、BrO3 -、ClO2 -の反応によって生じるもの
である。したがって、BrO-とClO-は、各々が生成される
速度よりも大きい速度で還元されるので、蓄積すること
なくBr-、Cl-へと変換される。[0049] It should be noted, BrO 3 - / BrO - system, ClO 2 - / ClO - than the system,
BrO - / Br - system, ClO - / Cl - system is also seen that the larger the reduction rate of, BrO -, ClO - is not necessarily exist in the reaction system from the beginning, BrO 3 -, ClO 2 - it is caused by the reaction of. Therefore, BrO - and ClO -, since each is reduced at a rate greater than the rate that is generated, accumulated without Br -, Cl - is converted to.
【0050】次に、NO2 -によるBrO3 -還元の促進のメカ
ニズムについて説明する。Next, NO 2 - BrO by 3 - describing the mechanism of promotion of reduction.
【0051】図7によれば、BrO3 -単独系の場合は価電
子帯のE0値との差が最も大きいO2/H 2O系の酸化反応が
価電子帯で優先的に進行する。ここでNO2 -が存在するこ
ととなると、NO3 -/NO2 -系はO2/H2O系よりも酸化反応速
度が大きいことから(図7)、NO2 -→NO3 -が優勢に進行
することになる。このとき、これにつられて伝導帯での
BrO3 -の還元速度も大きくなり、結果的にBrO3 -の還元が
促進されることとなる。According to FIG.Three -In the case of a single system, it is charged
E of child belt0O with the largest difference from the valueTwo/ H TwoO-based oxidation reaction
Proceeds preferentially in the valence band. Where NOTwo -That exists
Becomes NOThree -/ NOTwo -The system is OTwo/ HTwoOxidation reaction speed faster than O system
Because the degree is large (Fig. 7), NOTwo -→ NOThree -Is dominant
Will be. At this time, the conduction band
BrOThree -The rate of reduction ofThree -Reduction
Will be promoted.
【0052】尚、BrO-/Br-系の還元速度はBrO3 -/BrO-系
よりも大きいが、BrO-は、最初から反応系内に存在して
いるわけでなく、BrO3 -の還元により生じたBrO-が生成
される速度よりも大きい速度でさらに還元されるため、
蓄積することなくBr-へと変換される。Although the reduction rate of the BrO − / Br − system is higher than that of the BrO 3 − / BrO − system, BrO − does not exist in the reaction system from the beginning, and the reduction of BrO 3 − to be further reduced at a greater rate than is produced, - BrO caused by
It is converted to - Br without accumulating.
【0053】また、E0値は、pHに応じて変わるので、p
Hを考慮したネルンストの式の補正項((6)式第2
項)よって補正される。この場合、pHの変化により、反
応の優先順位が変わってくる。Since the E 0 value changes according to the pH, p 0
Correction term of Nernst equation considering H (Equation (6) second)
Item). In this case, the priority of the reaction changes due to the change in pH.
【0054】単一の基質のみが存在する反応系において
は、pHが変化しても反応自体に変化は見られない(例え
ば、酸化反応の系は、pHが変わっても酸化反応のまま)
が、二種以上の基質が共存する系においては、pHの変化
により反応の優先順位が変わってくる。In a reaction system in which only a single substrate is present, no change is observed in the reaction itself even when the pH is changed (for example, an oxidation reaction system remains oxidized even when the pH is changed).
However, in a system in which two or more substrates coexist, the change in pH changes the priority of the reaction.
【0055】表1及び表7の例に挙げると、酸化反応の
優先順位が、pH=0の時は(I-/I3 -)>(I2/I3 -)>(N
O3 -/NO2 -)>(IO3 -/IO-)>(ClO3 -/ClO2 -)>(NO2 -/
NO)であるのに対し、pH=5の時は(I-/I3 -)>(NO3 -
/NO2 -)>(NO2 -/NO)>(IO3 -/IO-)>(I2/I3 -)>
(ClO3 -/ClO2 -)と大きく変化している。In the examples of Tables 1 and 7, when the priority of the oxidation reaction is pH = 0, (I − / I 3 − )> (I 2 / I 3 − )> (N
O 3 - / NO 2 -) > (IO 3 - / IO -)> (ClO 3 - / ClO 2 -)> (NO 2 - /
NO), whereas when pH = 5, (I − / I 3 − )> (NO 3 −
/ NO 2 -)> (NO 2 - / NO)> (IO 3 - / IO -)> (I 2 / I 3 -)>
(ClO 3 − / ClO 2 − ).
【0056】同様に還元反応の優先順位も若干の変化が
見られる。Similarly, the priority of the reduction reaction slightly changes.
【0057】ここでは、二種以上の基質が存在する系に
おける光触媒反応予測における反応環境として液相系、
特に水中での反応を考えたが、反応系内に存在する全て
の物質の反応に関してE0値を求め、価電子帯のE0値と
の差が最も大きい反応から順に価電子帯で酸化反応が、
伝導帯のE0値との差が最も大きい反応から順に伝導帯
で還元反応が起こるものと考えると、全ての液相系にお
ける光触媒反応予測が可能なる。また、気相系において
も、図10に示す通り、液相系と同様に考えると、光触
媒反応予測が可能となる。Here, a liquid phase system, a reaction environment for predicting a photocatalytic reaction in a system in which two or more substrates are present,
In particular, the reaction in water was considered, but the E 0 value was determined for the reactions of all the substances present in the reaction system, and the oxidation reaction in the valence band was started from the reaction with the largest difference between the valence band and the E 0 value. But,
Assuming that the reduction reaction occurs in the conduction band in order from the reaction having the largest difference with the E 0 value of the conduction band, it is possible to predict the photocatalytic reaction in all liquid phase systems. Further, in the gas phase system, as shown in FIG. 10, if the same consideration is made as in the liquid phase system, the photocatalytic reaction can be predicted.
【0058】このように、本発明に係る光触媒反応予測
は、ある反応系に二種類以上の基質が存在する場合にお
いて、各基質が関わる酸化還元反応のE0を比較するこ
とで、目的とする光触媒反応の阻害性または促進性の予
測を可能とさせている。As described above, the objective of the photocatalytic reaction prediction according to the present invention is to compare the E 0 of the oxidation-reduction reaction involving each substrate when two or more substrates exist in a certain reaction system. This makes it possible to predict the inhibition or promotion of the photocatalytic reaction.
【0059】一方、ΔG0は、反応式(1)において、
酸化体An+が光触媒の伝導帯からe-を受け取る場合
(a)と、還元体Aが光触媒の価電子帯にe-を与える場
合(b)とで、それぞれe-が移動する際、どのくらいの
エネルギーが消費されるかを表している。On the other hand, ΔG 0 is expressed by the following equation (1).
In the case where the oxidant A n + receives e − from the conduction band of the photocatalyst (a), and in the case where the reductant A provides e − to the valence band of the photocatalyst (b), how much e − moves, Energy is consumed.
【0060】そして、ΔG0は、その値が負で絶対値が大
きいほど、その反応は生成系に(反応式(1)において
右向きに)進みやすいことを、逆にその値が正で絶対値
が大きいほど、その反応は原系に(反応式(1)におい
て左向きに)進みやすいことを表している。 (a)酸化体An+が光触媒の伝導帯からe-を受け取る場
合 ΔG0=−F・n・(E0 A1−E0 C1) …… (7) F:ファラデー定数 n:反応に関与する電子の数 E0 A1:An+/A反応系の標準酸化還元電位 E0 C1:光触媒の伝導帯における標準酸化還元電位 (b)還元体Aが光触媒の価電子帯にe-を与える場合 ΔG0=−F・n・(E0 C2−E0 A1) …… (8) E0 C2:光触媒の価電子帯における標準酸化還元電位 尚、pHが考慮される場合、E0 A1、E0 C1、E0 C1は、演
算式(6)によって補正される。ΔG 0 indicates that the reaction is more likely to proceed to the production system (to the right in reaction equation (1)) as the value is negative and the absolute value is larger. The larger the value is, the easier the reaction proceeds to the original system (to the left in the reaction formula (1)). (A) When the oxidant An + receives e − from the conduction band of the photocatalyst ΔG 0 = −F · n · (E 0 A1 −E 0 C1 ) (7) F: Faraday constant n: Participates in the reaction Number of electrons E 0 A1 : Standard redox potential of An + / A reaction system E 0 C1 : Standard redox potential in conduction band of photocatalyst (b) When reductant A gives e − to valence band of photocatalyst ΔG 0 = −F · n · (E 0 C 2 −E 0 A 1 ) (8) E 0 C 2 : Standard oxidation-reduction potential in the valence band of the photocatalyst When pH is considered, E 0 A1 and E 0 C1, E 0 C1 is corrected by calculating equation (6).
【0061】図8は、ΔG0値算出の具体例を説明してい
る。ここでは、光触媒が二酸化チタン(TiO2)、反応系
がNO3 -/NO2 -である場合について説明されている。FIG. 8 illustrates a specific example of the ΔG 0 value calculation. Here, the case where the photocatalyst is titanium dioxide (TiO 2 ) and the reaction system is NO 3 − / NO 2 − is described.
【0062】TiO2のpH=0における伝導帯及び価電子帯
のE0は、それぞれ−0.54V及び2.66Vであり、またNO3 -/
NO2 -反応系のE0は0.835Vである。ここで、TiO2の伝導帯
から電子を受け取る場合、ΔG0値は、TiO2の伝導帯の酸
化還元電位からNO3 -/NO2 -反応系における酸化還元電位
を引いて得られた値に、移動した電子数と電子1個当り
のエネルギー−96.5kJ/V/mol(ファラデー定数)とを乗
じることにより、−265.38kJ/molとして算出される(図
8(a))。また、TiO2の価電体帯に電子を与える場
合、ΔG0値は、価電子帯の酸化還元電位からNO3 -/NO2 -
反応系の酸化還元電位の値を引いて得られた値に、移動
した電子数と−96.485kJ/V/molとを乗じることにより、
−352.2kJ/molとして算出される(図8(b))。E 0 of the conduction band and the valence band of TiO 2 at pH = 0 are −0.54 V and 2.66 V, respectively, and NO 3 − /
NO 2 - E 0 of the reaction system is 0.835V. Here, when electrons are received from the conduction band of TiO 2 , the ΔG 0 value is a value obtained by subtracting the oxidation-reduction potential in the NO 3 − / NO 2 − reaction system from the oxidation-reduction potential of the conduction band of TiO 2. By multiplying the number of transferred electrons by the energy per electron −96.5 kJ / V / mol (Faraday constant), it is calculated as −265.38 kJ / mol (FIG. 8A). When electrons are given to the valence band of TiO 2 , the ΔG 0 value is calculated from the oxidation-reduction potential of the valence band as NO 3 − / NO 2 −.
By multiplying the value obtained by subtracting the value of the oxidation-reduction potential of the reaction system from the number of transferred electrons and -96.485 kJ / V / mol,
It is calculated as −352.2 kJ / mol (FIG. 8 (b)).
【0063】先に述べたように、ΔG0の大小は、その値
が小さい程その反応の向きに反応が進みやすいことを表
す指標ではあるが、必ずその向きに反応が進むというも
のではない。As described above, the magnitude of ΔG 0 is an index indicating that the smaller the value, the easier the reaction proceeds in the direction of the reaction, but it does not necessarily mean that the reaction proceeds in that direction.
【0064】例えば、伝導帯から電子を受け取る場合の
ΔG0値が価電子帯に電子を与える場合のそれよりも小さ
いとしても、E0値が電子を放出しやすい系にあるとき
(すなわち、ΔG0値で表せる反応の向きと、E0値で表せ
る反応の向きが逆の場合)は、E0値で表せる反応の向き
が優先され、この場合、電子の放出する方向に反応が進
むことになる。For example, even if the ΔG 0 value when receiving electrons from the conduction band is smaller than that when giving electrons to the valence band, the E 0 value is in a system that easily emits electrons (ie, ΔG 0). In the case where the direction of the reaction represented by the 0 value and the direction of the reaction represented by the E 0 value are opposite), the direction of the reaction represented by the E 0 value has priority, and in this case, the reaction proceeds in the direction in which electrons are emitted. Become.
【0065】図1は、本発明に係る光触媒反応予測を実
施する装置の一実施形態例と、これによる光触媒反応予
測のフローチャートの概略である。FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of an apparatus for performing a photocatalytic reaction prediction according to the present invention, and a flowchart of the photocatalytic reaction prediction using the apparatus.
【0066】当該光触媒反応予測装置は、図1に示され
たように、前処理手段1と、演算処理手段2と、を具備す
る。As shown in FIG. 1, the photocatalytic reaction prediction device includes a pre-processing unit 1 and an arithmetic processing unit 2.
【0067】また、同装置は、さらに、ハードディスク
やメモリ等の記録手段を具備し、該記録手段は、予め、
反応系を格納するデータベース11と、光触媒(例えば、
図11に列挙された光触媒)の伝導帯及び価電子帯、並
びに試供基質の関わる反応系の標準酸化還元電位を格納
するデータベース12と、試供基質の関わる反応系におけ
るpHに基づくネルンストの式の補正項数を格納するデー
タベース13と、試供基質の関わる反応系毎の移動電子数
を格納したデータベース21とを、読み出しと書込みとを
自在に、記録している。The apparatus further comprises recording means such as a hard disk and a memory, and the recording means
A database 11 for storing the reaction system and a photocatalyst (for example,
The database 12 storing the conduction band and valence band of the photocatalysts listed in FIG. 11 and the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the sample substrate, and correction of the Nernst equation based on pH in the reaction system involving the sample substrate A database 13 for storing the number of terms and a database 21 for storing the number of mobile electrons for each reaction system involving the test substrate are freely recorded for reading and writing.
【0068】そのために、当該光触媒反応予測装置に
は、図1において図示省略された、キーボードやマウス
等のポイティングディバイスからなる入力手段や、入出
力データのモニタに用いる表示手段等が付帯されたり、
これらの機能を備えたタッチパネル等を具備した入出力
表示手段等が、が付帯されたりする。For this purpose, the photocatalytic reaction predicting apparatus is provided with input means, such as a keyboard and a mouse, and other pointing devices, and display means for monitoring input / output data, which are not shown in FIG. ,
Input / output display means or the like provided with a touch panel or the like having these functions may be provided.
【0069】前処理手段1は、外部から反応系のpH値を
示す信号、データベース12から当該反応系に存在する光
触媒及び試供基質に関わる標準酸化還元電位を示す信号
を受けると、このpHと酸化還元電位の値から、数式
(6)による演算によって前記酸化還元電位の補正を実
行する。The pretreatment means 1 receives a signal indicating the pH value of the reaction system from the outside, and a signal indicating the standard oxidation-reduction potential relating to the photocatalyst and the test substrate present in the reaction system from the database 12. The correction of the oxidation-reduction potential is performed from the value of the reduction potential by the calculation according to equation (6).
【0070】演算処理手段2は、前処理手段1から供給さ
れた酸化還元電位に基づいて、光触媒によって起こる試
供基質の酸化還元反応の阻害促進状況を決定する。The arithmetic processing means 2 determines, based on the oxidation-reduction potential supplied from the pretreatment means 1, the state of promotion of inhibition of the oxidation-reduction reaction of the sample substrate caused by the photocatalyst.
【0071】また、演算処理手段2は、前記光触媒によ
って起こる試供基質の酸化還元反応の阻害促進状況を決
定する他に、光触媒によって起こり得る試供基質の反応
経路を取得し、反応の有無や、反応する場合、酸化反応
と還元反応のどちらが起こるかを決定する。The arithmetic processing means 2 determines the inhibition promotion status of the redox reaction of the test substrate caused by the photocatalyst, and obtains a reaction pathway of the test substrate which can occur by the photocatalyst. If so, determine whether an oxidation reaction or a reduction reaction will occur.
【0072】さらに、演算処理手段2は、前記光触媒に
よって起こる酸化反応と還元反応が同時に進行すると判
断した場合、データベース21から供給された移動電子数
と、前処理手段1から供給された酸化還元電位とから、
数式(7)若しくは(8)による演算によってギブズ自
由エネルギーを算出し、この演算結果に基づき、該酸化
反応と該還元反応のうち、どちらの反応が優先的に起こ
るかを決定する。Further, when it is determined that the oxidation reaction and the reduction reaction caused by the photocatalyst proceed simultaneously, the arithmetic processing means 2 determines the number of mobile electrons supplied from the database 21 and the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means 1. And from
The Gibbs free energy is calculated by the calculation according to equation (7) or (8), and based on the calculation result, which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially is determined.
【0073】尚、演算処理手段2によって得られた酸化
還元反応の阻害促進状況、反応経路、個々の酸化反応及
び還元反応、また優先的に起こると判断された酸化反応
若しくは還元反応の結果は、前記記憶手段内の別のデー
タベースに格納され、必要に応じ引き出される。Incidentally, the inhibition promotion status of the oxidation-reduction reaction obtained by the arithmetic processing means 2, the reaction path, the individual oxidation reaction and the reduction reaction, and the result of the oxidation reaction or reduction reaction determined to occur preferentially are as follows: It is stored in another database in the storage means and is retrieved as needed.
【0074】ここで、光触媒がTiO2、基質がClO2、溶媒
がpH=5の水である場合における本発明に係る光触媒反
応予測の手順(ステップ1〜ステップ10(以下、S1
〜S10))を、図1のフローチャートに基づき説明す
る。Here, the procedure for predicting the photocatalytic reaction according to the present invention when the photocatalyst is TiO 2 , the substrate is ClO 2 , and the solvent is water having a pH of 5 (steps 1 to 10 (hereinafter S1))
To S10)) will be described based on the flowchart of FIG.
【0075】先ず、入力手段によって、溶媒及び基質に
ついて「H2O、O2、ClO2 -(若しくは、これらを示すキー
ワード)」、光触媒について「TiO2(若しくは、これを
示すキーワード)」と入力する(S1a,S1b)。こ
のとき、データベース11からは、予想されるClO2 -が関
係する反応系「ClO3 -/ClO2 -,ClO2 -/ClO-,ClO-/Cl-」が
取得され、さらに溶媒が水であるから、反応系「O2/H
2O」が取得される(S2)。そして、データベース12か
らは、S2で得られた反応系におけるE0値(「ClO 3 -/C
lO2 -(1.155V),ClO2 -/ClO-(1.474V),ClO-/Cl-(1.
228V)」(カッコ内はE0値))が取得され(S3
a)、さらにTiO2の伝導帯E0値(−0.54V)と価電子
帯E0値(2.66V)が取得される(S3b)。S3a及
びS3bで取得されたデータは、さらにE0値補正過程
(S5a,S5b)に供される。First, by means of the input means, the solvent and the substrate
About "HTwoO, OTwo, ClOTwo -(Or a key indicating them
Word) ”, photocatalyst“ TiOTwo(Or this
(S1a, S1b). This
At the time, the expected ClOTwo -Seki
Related reaction system “ClOThree -/ ClOTwo -, ClOTwo -/ ClO-, ClO-/ Cl-"But
And the solvent is water, the reaction system `` OTwo/ H
Two"O" is obtained (S2). And database 12
Et al. Reported that E in the reaction system obtained in S2.0Value ("ClO Three -/ C
lOTwo -(1.155V), ClOTwo -/ ClO-(1.474V), ClO-/ Cl-(1.
228V) "(E in parenthesis0Value)) is acquired (S3
a) plus TiOTwoConduction band E0Value (-0.54V) and valence electrons
Obi E0The value (2.66 V) is obtained (S3b). S3a and
The data acquired in S3b and0Value correction process
(S5a, S5b).
【0076】次に、入力手段によって、反応条件のひと
つであるpH値が入力される(S4)。S3a及びS3b
で取得したE0値はpH=0のときの値である。そこで、入
力されたpH値と前記取得された反応系に対応した補正項
(演算式(6)第2項)が、データベース13から引き出
され、前記E0値の補正に供される(S5a,S5
b)。S5a及びS5bで算出されたデータは、次の演
算処理過程(S6〜S10)に供される。Next, a pH value, which is one of the reaction conditions, is input by the input means (S4). S3a and S3b
The E 0 value obtained in is the value when pH = 0. Then, a correction term (the second term of the operation formula (6)) corresponding to the input pH value and the obtained reaction system is extracted from the database 13 and is used for correcting the E 0 value (S5a, S5
b). The data calculated in S5a and S5b is provided to the next operation processing step (S6 to S10).
【0077】S6は、S5a及びS5bで得られたデー
タを電位順に整序し、反応の優先順位及び反応の阻害・
促進状況を予測する。ここでは、E0 pH=5は、TiO2伝導
帯(−0.836V)<ClO3 -/ClO2 -(0.860V)<O2/H2O(0.
933V)<ClO2 -/ClO-(1.179V)<ClO-/Cl-(1.420V)
<TiO2価電子帯(2.365V)と整序され、その結果が表示
手段によって例えば表7のような形態(但し、同表にお
いて、I系、N系及びBr系は除く)で開示され、前記予測
が実行される。すなわち、ClO2 -/ClO-系については、そ
のE0 pH=5値が基準値(0.933V)よりも、大きいため電
子を取込みやすい系、換言すると、還元反応が進みやす
い系、と判断される。In step S6, the data obtained in steps S5a and S5b are arranged in the order of potential, and the order of priority of the reaction and the inhibition of the reaction are determined.
Predict the promotion situation. Here, E 0 pH = 5 means that TiO 2 conduction band (−0.836 V) <ClO 3 − / ClO 2 − (0.860 V) <O 2 / H 2 O (0.
933V) <ClO 2 - / ClO - (1.179V) <ClO - / Cl - (1.420V)
<TiO 2 valence band (2.365V), and the result is disclosed by the display means in a form as shown in Table 7 (however, in the same table, excluding I-type, N-type and Br-type), The prediction is performed. That is, the ClO 2 − / ClO − system is judged to be a system in which the E 0 pH = 5 value is larger than the reference value (0.933 V) and thus it is easy to take in electrons, in other words, a system in which the reduction reaction easily proceeds. You.
【0078】尚、当該反応系には、試供基質ClO2との共
存物質が存在しないため、反応の阻害・促進状況の予測
は実行されない。Since no coexisting substance with the sample substrate ClO 2 is present in the reaction system, no prediction of the reaction inhibition / promotion state is performed.
【0079】S7は、S6での結果から反応経路を予測
する。これにより、反応の有無、または反応が起こる場
合は酸化反応か還元反応かが決定される。当該反応系に
おいては、以下の酸化還元反応からなる反応経路が取得
され、例えば表2記載のCl系のような形態(但し、同表
において、I系、N系及びBr系は除く)で、表示手段によ
って、開示される。At S7, a reaction route is predicted from the result at S6. This determines the presence or absence of a reaction, or if a reaction occurs, whether it is an oxidation reaction or a reduction reaction. In the reaction system, a reaction route consisting of the following oxidation-reduction reaction is obtained, for example, in the form of a Cl system shown in Table 2 (however, in the same table, except for I system, N system and Br system), It is disclosed by the display means.
【0080】ClO3 -←ClO2 -→ClO-→Cl- そして、前記反応経路において酸化反応と還元反応が同
時に進行する各物質ついて、酸化反応と還元反応の優位
性が予測される(S9、S10)。そのために、S8に
おいて、S7で得られた上記反応経路中の各々の物質が
先ず一つ選定される。ここでは、前記反応経路最左辺の
物質、ClO3 -が選択される。ClO 3 − ← ClO 2 − → ClO − → Cl − In each of the substances in which the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously, the superiority of the oxidation reaction and the reduction reaction is predicted (S9, S10). For that purpose, in S8, each of the substances in the above-mentioned reaction path obtained in S7 is first selected. Here, the reaction pathway top left side of the material, ClO 3 - is selected.
【0081】S9は、S8で選択した物質について酸化
反応と還元反応が同時に進行するかを確認する。同時に
進行する場合は、さらにS10に移行する。また、反応
が起こらない若しくは一方の反応しか起こらない場合
は、処理を終え、S8に戻り、右隣の物質が選択され、
前記確認作業が実行される。すなわち、ClO3 -の場合、
酸化反応も還元反応も起こらないと判断され、そのまま
S8に移行し、次に、ClO2 -が選択される。ClO2 -につい
ては、酸化反応と還元反応が起こるものと考えられる。
そこで、どちらの反応が優勢に起こるか判断するため、
S10の演算処理に供される。At S9, it is confirmed whether the oxidation reaction and the reduction reaction of the substance selected at S8 proceed simultaneously. If the process proceeds simultaneously, the process proceeds to S10. If no reaction occurs or only one reaction occurs, the process ends, the process returns to S8, and the substance on the right is selected.
The confirmation work is performed. In other words, ClO 3 - In the case of,
It is determined that neither an oxidation reaction nor a reduction reaction occurs, and the process directly proceeds to S8, where ClO 2 - is selected. ClO 2 - For believed to reduction reaction with the oxidation reaction occurs.
So, to determine which reaction is dominant,
It is provided to the arithmetic processing of S10.
【0082】S10は、S9から供給された反応系(こ
こでは、ClO2 -を基質とする反応系)における酸化反応
と還元反応のうち、どちらの反応が優勢に進行するかを
演算によって決定する。すなわち、S6で得られたClO3
-/ClO2 -系とClO2 -/ClO-系のE0値と、データベース21か
ら引き出されたClO3 -/ClO2 -系とClO2 ー/ClO-系の移動電
子数とから、演算式(7)(8)によって、ClO3 -/ClO2
-系とClO2 -/ClO-系のG0を算出する。ClO2 -が伝導帯か
ら電子を受け取る場合はG0=−388.7(kJ/mol)、ま
た価電子帯に電子を与える場合はG0=−290.5(kJ/mo
l)となる。したがって、伝導帯から電子を受け取る反
応、すなわち還元反応(ClO2 -→ClO-)が優位に進行す
ると予測する。この反応予測結果は、出力表示手段によ
って、外部出力され、開示される。また、他の物質(こ
こではClO-、Cl-)についても、これと同じ要領で、S
9、S10を介し、反応予測が実行される。但し、ClO-
については還元反応、Cl-については反応が進行しない
ため、S9からS10へは移行されない。At S10, which of the oxidation reaction and the reduction reaction in the reaction system supplied from S9 (here, the reaction system using ClO 2 - as the substrate) predominates is determined by calculation. . That is, the ClO 3 obtained in S6
- / ClO 2 - systems and ClO 2 - and system E 0 values, ClO 3 drawn from the database 21 - - / ClO / ClO 2 - systems and ClO 2 over / ClO - from system moving electron number and the arithmetic According to the equations (7) and (8), ClO 3 − / ClO 2
- systems and ClO 2 - / ClO - system calculates the G 0 of. G 0 = −388.7 (kJ / mol) when ClO 2 − receives electrons from the conduction band, and G 0 = −290.5 (kJ / mo) when ClO 2 − supplies electrons to the valence band.
l) Therefore, it is predicted that the reaction of receiving electrons from the conduction band, that is, the reduction reaction (ClO 2 − → ClO − ) will proceed predominantly. The reaction prediction result is externally output by the output display means and disclosed. Further, other materials (ClO here -, Cl -) for also, in the same way as this, S
9, reaction prediction is executed via S10. However, ClO -
The reduction reaction, Cl - since the reaction does not proceed for not migrated from S9 to S10.
【0083】次に、ある反応系に二種の基質が存在する
場合における、本発明による酸化還元反応の阻害促進状
況の予測について述べる。ここでは、溶媒が水でpH=5
である環境下で、BrO-を還元処理したいとき、当該反応
系に、ClO-が共存している場合と、NO2 -が共存してい
る場合と、について、図1を用いて説明する。Next, prediction of the state of promoting the inhibition of the oxidation-reduction reaction according to the present invention when two types of substrates are present in a certain reaction system will be described. Here, the solvent is water and pH = 5
Referring to FIG. 1, the case where it is desired to perform a reduction treatment of BrO − in an environment where ClO − and NO 2 − coexist in the reaction system will be described.
【0084】ClO-が共存している場合について述べる。Description will be made of a case where coexist - [0084] ClO.
【0085】入力手段によって、溶媒及び基質について
「H2O、O2、BrO-、ClO2 -(若しくは、これらを示すキー
ワード)」、光触媒について「TiO2(若しくは、これを
示すキーワード)」と入力する(S1a,S1b)。そ
して、前述と同じ要領で、S2〜S5を経て、H2O、
O2、BrO-、ClO2 -が関係する反応系のE0値が補正され
る。補正されたE0値はS6に供される。According to the input means, “H 2 O, O 2 , BrO − , ClO 2 − (or a keyword indicating these)” for the solvent and the substrate, and “TiO 2 (or a keyword indicating this)” for the photocatalyst Input (S1a, S1b). Then, in the same manner as described above, through S2 to S5, H 2 O,
The E 0 value of the reaction system involving O 2 , BrO − and ClO 2 − is corrected. The corrected E 0 value is provided to S6.
【0086】S6は、先と同様に、S5a及びS5bで
得られたデータを電位順に整序し、反応の優先順位及び
反応の阻害・促進状況を予測する。ここでは、E0 pH=5
は、TiO2伝導帯(−0.836V)<ClO3 -/ClO2 -(0.860V)
<O2/H2O(0.933V)<BrO3 -/BrO-(1.046V)<ClO2 -/C
lO-(1.179V)<BrO-/Br-(1.294V)<ClO-/Cl-(1.4
20V)<TiO2価電子帯(2.365V)と整序され、その結果
が表示手段によって、例えば表7のような形態(但し、
同表において、I系及びN系は除く)で開示され、前記予
測が実行される。すなわち、TiO2の伝導帯のE0 pH=5値
を基準とし、伝導帯のE0 pH=5値とBrO3 -/BrO-系のE0
pH=5値の差、及び伝導帯のE0 pH=5値とClO -/Cl-系のE0
pH=5値の差を考慮すると、還元反応の起こりやすさは、
(ClO-→Cl -)>(BrO-→Br-)となる。これにより、Cl
O-の還元反応が優先して起こると判断され、ClO-によっ
てBrO-の還元処理が阻害されると予測する。この反応予
測結果は、出力表示手段によって、外部出力され、開示
される。S6 is performed in S5a and S5b as before.
The obtained data is arranged in order of potential, and the priority of the reaction and
Predict reaction inhibition / promotion status. Here, E0 pH = 5
Is TiOTwoConduction band (-0.836V) <ClOThree -/ ClOTwo -(0.860V)
<OTwo/ HTwoO (0.933V) <BrOThree -/ BrO-(1.046V) <ClOTwo -/ C
lO-(1.179V) <BrO-/ Br-(1.294V) <ClO-/ Cl-(1.4
20V) <TiOTwoOrdered with the valence band (2.365V), resulting in
Is displayed by the display means, for example, as shown in Table 7 (however,
In the same table, I and N systems are excluded)
Measurement is performed. That is, TiOTwoConduction band E0 pH = 5value
And the conduction band E0 pH = 5Value and BrOThree -/ BrO-System E0
pH = 5Value difference and conduction band E0 pH = 5Value and ClO -/ Cl-System E0
pH = 5Considering the difference in the values, the likelihood of the reduction reaction
(ClO-→ Cl -)> (BrO-→ Br-). This allows Cl
O-Is determined to occur preferentially, and ClO-By
BrO-Is predicted to be reduced. This reaction
The measurement results are output externally by the output display means and disclosed.
Is done.
【0087】NO2 -が共存している場合について述べる。Description will be made of a case where coexist - [0087] NO 2.
【0088】入力手段によって、溶媒及び基質について
「H2O、O2、BrO-、NO2 -(若しくは、これらを示すキー
ワード)」、光触媒について「TiO2(若しくは、これを
示すキーワード)」と入力する(S1a,S1b)。そ
して、前述と同じ要領で、S2〜S5を経て、H2O、
O2、BrO-、NO2 -が関係する反応系のE0値が補正され
る。補正されたE0値はS6に供される。According to the input means, “H 2 O, O 2 , BrO − , NO 2 − (or a keyword indicating these)” for the solvent and the substrate, and “TiO 2 (or a keyword indicating this)” for the photocatalyst. Input (S1a, S1b). Then, in the same manner as described above, through S2 to S5, H 2 O,
The E 0 value of the reaction system involving O 2 , BrO − and NO 2 − is corrected. The corrected E 0 value is provided to S6.
【0089】S6は、先と同様に、S5a及びS5bで
得られたデータを電位順に整序し、反応の優先順位及び
反応の阻害・促進状況を予測する。ここでは、E0 pH=5
は、TiO2伝導帯(−0.836V)<NO3 -/NO2 -(0.540V)<
NO2 -/NO(0.611V)<O2/H2O(0.933V)<BrO3 -/BrO
-(1.046V)<BrO-/Br-(1.294V)<TiO2価電子帯
(2.365V)と整序され、その結果が表示手段によって、
例えば表7のような形態(但し、同表において、I系及
びBr系は除く)で、開示され、前記予測が実行される。
すなわち、NO3 -/NO2 -とBrO-/Br-のE0 pH=5値が、前述と
同様の要領で、比較されて、NO3 -/NO2 -は酸化反応が起
こる系、BrO-/Br-は還元反応が起こる系と判断され、NO
2 -の酸化によってBrO-の還元処理が促進されると予測す
る。この反応予測結果は、出力表示手段によって、外部
出力され、開示される。In step S6, similarly to the above, the data obtained in steps S5a and S5b are arranged in the order of potential, and the priority of the reaction and the inhibition / promotion state of the reaction are predicted. Here, E 0 pH = 5
Is, TiO 2 conduction band (-0.836V) <NO 3 - / NO 2 - (0.540V) <
NO 2 - /NO(0.611V)<O 2 / H 2 O (0.933V) <BrO 3 - / BrO
- by (1.294V) <is TiO 2 valence band and (2.365V) Seijo, the result display means, - (1.046V) <BrO - / Br
For example, the prediction is disclosed in the form as shown in Table 7 (however, in the same table, excluding I-based and Br-based), and the prediction is performed.
That is, the E 0 pH = 5 values of NO 3 − / NO 2 − and BrO − / Br − are compared in the same manner as described above, and NO 3 − / NO 2 − is a system in which an oxidation reaction occurs, BrO − - / Br - is judged to be a system in which a reduction reaction occurs, and NO
2 - BrO by oxidation of - reduction treatment is expected to be promoted. The reaction prediction result is externally output by the output display means and disclosed.
【0090】尚、本発明に係る光触媒反応予測装置は、
図1に開示された装置構成に限定されない。例えば、図
1記載の工程をコンピュータによって実行させるために
プログラム化し、これをコンピュータ読み取り可能な記
録媒体に格納すれば、パソコン等の計算手段によって本
発明に係る光触媒反応予測装置の機能を実行することが
可能となる。The photocatalytic reaction predicting apparatus according to the present invention comprises:
It is not limited to the device configuration disclosed in FIG. For example, if the steps shown in FIG. 1 are programmed to be executed by a computer and stored in a computer-readable recording medium, the functions of the photocatalytic reaction prediction apparatus according to the present invention can be executed by a calculating means such as a personal computer. Becomes possible.
【0091】本発明の作用効果について、以下の実施形
態に基づき説明する。 (第1,2実施形態)液相系における光触媒反応予測 本実施形態は、光触媒を二酸化チタン(TiO2)、溶媒を
水(H2O)とした場合の光触媒反応を想定し、水処理で
問題になる物質を試供基質としている。ここでは、Br
系、Cl系、I系及びN系の化合物について試験されてい
る。The operation and effect of the present invention will be described based on the following embodiments. (First and Second Embodiments) Prediction of Photocatalytic Reaction in Liquid Phase System This embodiment assumes a photocatalytic reaction when the photocatalyst is titanium dioxide (TiO 2 ) and the solvent is water (H 2 O). The substances in question are used as test substrates. Here, Br
System, Cl-based, I-based and N-based compounds have been tested.
【0092】前述のように、本実施形態に係る光触媒反
応予測手段は、溶媒が水であるときの光触媒反応を想定
すると、水に溶けている酸素(DO)と水との間のE0(O
2/H2O)を基準電位とし、図1のフローチャートになら
って、酸化還元反応を予測している。As described above, the photocatalytic reaction predicting means according to this embodiment assumes that the photocatalytic reaction when the solvent is water is E 0 ( O 0 ) between oxygen (DO) dissolved in water and water. O
2 / H 2 O) is used as a reference potential, and an oxidation-reduction reaction is predicted according to the flowchart of FIG.
【0093】表1は、試供基質をBr系、Cl系、I系及びN
系の化合物とした場合のE0値とG0算出値の一覧であり、
表2は、当該試供基質の酸化還元反応予測の結果であ
る。Table 1 shows that the test substrates were Br-based, Cl-based, I-based and N-based.
It is a list of E 0 value and G 0 calculated value when it is a compound of the system,
Table 2 shows the results of prediction of the oxidation-reduction reaction of the test substrate.
【0094】[0094]
【表1】 [Table 1]
【0095】[0095]
【表2】 [Table 2]
【0096】1)Br系化合物を試供基質とした場合の反
応予測 BrO3 -/BrO-系とBrO-/Br-系は、E0値が基準値(O2/H2O系
のE0値)よりも大きいので、電子を取り込みやすい系で
あるため還元反応が起こりやすいと判断される(表
1)。したがって、伝導帯ではBrO3 -→BrO-の還元反応
が、価電子帯ではH2O→O2の酸化反応が進行する。ま
た、伝導帯で生成されたBrO-は、BrO-/Br系のE0値がBrO
3 -/BrO-系のE0値よりも大きいため、BrO3 -→BrO-の反応
以上にBrO-→Br-の反応が進行しやすくなる。このた
め、BrO3 -は、BrO-を蓄積させることなく、Br-へと還元
されると予測される(表2)。 2)Cl系化合物を試供基質とした場合の反応予測 i)ClO3 -の場合 表1において、ClO3 -/ClO2 -系は、E0値が基準値よりも
低く電子を放出しやすい系である。したがって、反応の
向きはClO2 -→ClO3 -となる(表2)。ゆえに、ClO3 -に
変化は見られないと予測される。[0096] 1) Reaction prediction BrO when the Br compound was trial substrate 3 - / BrO - system and BrO - / Br - system, E 0 value reference value (O 2 / H 2 O system E 0 Value), it is determined that a reduction reaction is likely to occur because the system easily takes in electrons (Table 1). Therefore, a reduction reaction of BrO 3 − → BrO − progresses in the conduction band, and an oxidation reaction of H 2 O → O 2 progresses in the valence band. Also, the BrO − generated in the conduction band has an E 0 value of BrO − / Br based on BrO −
3 - / BrO - system is larger than E 0 values, BrO 3 - → BrO - reaction above BrO - → Br - reaction easily proceeds in. Therefore, BrO 3 - is, BrO - without accumulating, Br - is expected to be reduced to (Table 2). In the case of Table 1, ClO 3 - - Reaction prediction i) ClO 3 when the 2) Cl compound was trial substrate / ClO 2 - system is likely systems emit electrons lower than the reference value E 0 value It is. Therefore, the direction of the reaction is ClO 2 − → ClO 3 − (Table 2). Thus, ClO 3 - is expected to the change is not observed.
【0097】ii)ClO2 -の場合 先ず、表1において、ClO2 -/ClO-系については、E0値が
基準値よりも大きいため電子を取込みやすい系であり、
したがって、還元反応が進みやすい。[0097] ii) ClO 2 - First case, in Table 1, ClO 2 - / ClO - The system is a write easily based preparative electron larger than the reference value E 0 values,
Therefore, the reduction reaction easily proceeds.
【0098】よって、伝導帯では、ClO2 -→ClO-の反応
が進行する予測される(表2)。ここで、生成されたCl
O-は、ClO-/Cl-系のE0値がClO2 -/ClO-系のE0値よりも大
きいことから(表1)、ClO2 -→ClO-の反応以上にClO-
→Cl-の反応が進行しやすく、ClO-が蓄積することなくC
l-と還元されると予測する(表2)。Therefore, in the conduction band, the reaction of ClO 2 − → ClO − is expected to proceed (Table 2). Where the generated Cl
O - is, ClO - / Cl - system E 0 value ClO 2 in - / ClO - based E 0 values that from (Table 1) larger than the, ClO 2 - → ClO - ClO the reaction above -
→ Cl - reaction easily proceeds in, ClO - C without accumulates
l - that expected to be reduced (Table 2).
【0099】このとき、価電子帯の反応は、ClO3 -/ClO2
-系のE0値が基準値よりも小さいことから(表1)、価
電子帯ではClO2 -→ClO3 -の反応が進行する(表2)。こ
の時、生成されたClO3 -は、前項i)より、それ以上反
応が進行しないため蓄積されていくと予測される(表
2)。 3)I系化合物を試供基質とした場合の反応予測 i)IO3 -の場合 IO5 3-/IO3 -系、IO4 -/IO3 -系ともにE0値が基準値よりも
大きいので(表1)、反応の向きはIO5 3-→IO3 -、IO4 -
→IO3 -となると予測される(表2)。At this time, the reaction of the valence band is ClO 3 − / ClO 2
- based E 0 values from less than the reference value (Table 1), the valence band ClO 2 - → ClO 3 - reaction proceeds (Table 2). At this time, the generated ClO 3 - is predicted to accumulate because the reaction does not proceed any more from the above item i) (Table 2). 3) Reaction prediction i when the I compound was trial substrate) IO 3 - if IO 5 3- / IO 3 - system, IO 4 - / IO 3 - Since E 0 values for both systems is larger than the reference value (Table 1), the reaction of orientation IO 5 3- → IO 3 -, IO 4 -
→ IO 3 - and a is expected (Table 2).
【0100】また、IO3 -/IO-系は、E0値が基準値より
も小さいので(表1)、反応の向きはIO-→IO3 -と予測
される(表2)。In the IO 3 − / IO − system, since the E 0 value is smaller than the reference value (Table 1), the reaction direction is predicted to be IO − → IO 3 − (Table 2).
【0101】以上より、IO3 -を原系とする酸化還元反応
は起こらない予測される。From the above, it is expected that an oxidation-reduction reaction using IO 3 - as a raw material will not occur.
【0102】ii)I-の場合 表1において、I-/I3 -系のE0値が基準値よりも小さい
(この系では、反応式上電子の移動がないのでエネルギ
ーは0と計算される)。したがって、価電子帯では、I-
→I3 -の反応が進行する予測される(表2)。ここで、
生成されたI3 -は、I2/I3 ー系のE0値がI-/I3 -系のE0値
よりも大きいことから、I3 -の消費速度よりもI3 -の生成
速度の方が速くなるので、途中I3 -の蓄積は見られる
が、最終的には、I2まで酸化されると予測される(表
2)。 4)N系化合物を試供基質とした場合の反応予測 i)NO3 -の場合 表1において、NO3 -/NO2 -系のE0値が基準値よりも小さ
いので、酸化反応が起こりやすい。したがって、反応の
向きは、NO2 -→NO3 -となる。このことより、NO 3 -を原系
とする反応は進行しないと予測される(表2)。Ii) I-In Table 1, I-/ IThree -System E0Value is less than reference value
(In this system, there is no electron transfer in the reaction formula,
Is calculated as 0). Therefore, in the valence band, I-
→ IThree -Is expected to proceed (Table 2). here,
Generated IThree -Is ITwo/ IThree ーSystem E0Value is I-/ IThree -System E0value
Is greater thanThree -I than the consumption speed ofThree -Generate
Since the speed is faster, IThree -Accumulation of
But ultimately ITwoIs expected to be oxidized to
2). 4) Reaction prediction when N-based compound is used as test substrate i) NOThree -In Table 1, NOThree -/ NOTwo -System E0Value is less than reference value
Therefore, an oxidation reaction is likely to occur. Therefore, the reaction
Direction is NOTwo -→ NOThree -Becomes From this, NO Three -Ancestry
Is not expected to proceed (Table 2).
【0103】ii)NO2 -の場合 NO3 -/NO2 -系についてはi)で述べたように反応の向き
は、NO2 -→NO3 -となる。また、NO2 -/NO系は、E0値が基
準値よりも小さく電子を放出しやすい系なので、反応の
向きはNO→NO2 -となる(表2)。[0103] ii) NO 2 - if NO 3 of - / NO 2 - Reaction of orientation as described in i) for systems, NO 2 - → NO 3 - become. Further, since the NO 2 − / NO system is a system in which the E 0 value is smaller than the reference value and easily emits electrons, the reaction direction is NO → NO 2 − (Table 2).
【0104】表3は、実負荷試験で得られたBr系、Cl
系、I系及びN系化合物の反応経路であり、反応予測(表
2)と一致している。Table 3 shows that the Br system, Cl obtained in the actual load test,
These are the reaction pathways of the system, I system and N system compounds, which are consistent with the reaction prediction (Table 2).
【0105】[0105]
【表3】 [Table 3]
【0106】表3の結果から明らかなように、水からな
る液相系において光触媒(TiO2)を用いる場合、当該液
相に含まれる物質のE0値の比較とG0値の算出により、当
該光触媒によって起こる酸化還元反応の予測が可能とな
る。As is clear from the results in Table 3, when a photocatalyst (TiO 2 ) is used in a liquid phase system composed of water, a comparison of the E 0 values of the substances contained in the liquid phase and the calculation of the G 0 value give The oxidation-reduction reaction caused by the photocatalyst can be predicted.
【0107】また、図9は、ClO2 -の還元及び酸化によ
って生成されたCl-及びClO3 -の濃度の経時的変化を示し
た特性図である。[0107] Further, FIG. 9, ClO 2 - Cl produced by reduction and oxidation of the - and ClO 3 - is a characteristic diagram showing changes over time in the concentration of.
【0108】図9に示されたように、ClO2 -を含んだ場
合、ClO2 -を原系とするClO2 -→Cl-、ClO2 -→ClO3 -の二
つの反応が進行するが、エネルギー的にClO2 -→ClO-→C
l-の反応の方が進行しやすいため(表1のG0値)、還元
反応が優先的に進行することが示された。[0108] As shown in FIG. 9, ClO 2 - when containing, ClO 2 - ClO 2 to the original system - → Cl -, ClO 2 - → ClO 3 - although two reactions proceed in , energetically ClO 2 - → ClO - → C
l - towards the reaction for easy progress of (G 0 values in Table 1), the reduction reaction has been shown to proceed preferentially.
【0109】尚、水以外の溶媒においても、本発明に係
る光触媒反応予測方法は、光触媒によって起こる酸化還
元反応の予測を可能としている(第2実施形態)。The method for predicting a photocatalytic reaction according to the present invention enables prediction of an oxidation-reduction reaction caused by a photocatalyst even in a solvent other than water (second embodiment).
【0110】溶媒が水の場合(第1実施形態)、O2/H2O
系のE0値を基準電位とし、この値と対象とする反応系
のE0値との比較によって、還元反応または酸化反応を
予測した。When the solvent is water (first embodiment), O 2 / H 2 O
The E 0 value of the system was used as a reference potential, and a reduction reaction or an oxidation reaction was predicted by comparing this value with the E 0 value of the target reaction system.
【0111】水以外の溶媒における光触媒反応予測は、
第1実施形態と同様に、溶媒自身の反応系のE0値を基
準電位としている。そして、図1のフローシートに基づ
き、この基準電位と試供基質のE0を比較し、試供基質
の酸化還元反応経路の予測を行う。 (第3実施形態)二酸化チタン以外の光触媒によって起
こる酸化還元反応の予測 第1及び2形態では、二酸化チタン(TiO2)を取り上げ
たが、本発明に係る光触媒予測方法は、その他の光触媒
よって起こる酸化還元反応の予測も可能としている。The prediction of the photocatalytic reaction in a solvent other than water is as follows:
As in the first embodiment, the E 0 value of the reaction system of the solvent itself is used as the reference potential. Then, based on the flow sheet of FIG. 1, the reference potential and E 0 of the sample substrate are compared to predict the oxidation-reduction reaction route of the sample substrate. (Third Embodiment) Prediction of Redox Reaction Occurred by Photocatalysts Other Titanium Dioxide In the first and second embodiments, titanium dioxide (TiO 2 ) is taken up, but the photocatalyst prediction method according to the present invention is performed by other photocatalysts. It is also possible to predict oxidation-reduction reactions.
【0112】図11は、代表的な光触媒とそのエネルギ
ーダイヤグラム(pH=0)である。FIG. 11 shows a typical photocatalyst and its energy diagram (pH = 0).
【0113】図中の光触媒は例示列挙であり、これらを
適当に調合して得られた光触媒、例えば、二酸化チタン
をベースに配合してものでもよい。このような光触媒に
ついては、伝導帯と価電子帯の酸化還元電位(E0)が
予め調べられ、本発明に係る光触媒反応予測装置のデー
タベース12に格納される。The photocatalysts in the figure are listed by way of example, and the photocatalysts obtained by appropriately combining these, for example, titanium dioxide may be blended as a base. For such a photocatalyst, the oxidation-reduction potential (E 0 ) of the conduction band and the valence band is checked in advance, and stored in the database 12 of the photocatalytic reaction prediction device according to the present invention.
【0114】ここでは、光触媒に酸化亜鉛(ZnO)、溶
媒に水、試供基質にBr系、Cl系及びN系化合物とした場
合の本発明に係る光触媒反応予測の効果が示されてい
る。Here, the effect of predicting the photocatalytic reaction according to the present invention when zinc oxide (ZnO) is used as the photocatalyst, water is used as the solvent, and Br, Cl and N compounds are used as the test substrates are shown.
【0115】表4は、ZnOの伝導帯及び価電子帯、並び
に試供基質のE0値と、同試供基質のG0算出値の一覧
で、表5は、本実施形態に係る光触媒反応予測方法によ
って得られた各試供基質の酸化還元反応経路の予測であ
る。Table 4 lists the conduction band and valence band of ZnO, the E 0 value of the test substrate, and the G 0 calculated value of the test substrate. Table 5 shows the photocatalytic reaction prediction method according to the present embodiment. 4 is a prediction of a redox reaction pathway of each sample substrate obtained by the above method.
【0116】また、表6は、実負荷試験によって得られ
たBr系、Cl系及びN系化合物の酸化還元反応経路であ
る。Table 6 shows the redox reaction pathways of Br-based, Cl-based and N-based compounds obtained by the actual load test.
【0117】[0117]
【表4】 [Table 4]
【0118】[0118]
【表5】 [Table 5]
【0119】[0119]
【表6】 [Table 6]
【0120】表6の結果から明らかなように、TiO2以外
の光触媒を用いても、第1及び2実施形態と同様に、水
を含めた全ての溶媒における光触媒処理の反応が可能と
なる。 (第4実施形態)pHを考慮した液相系における光触媒反
応予測 ここでは、反応系のpHが5であり、試供光触媒をTiO2及
びZnO、試供基質を第1実施形態と同じBr系、Cl系、I系
及びN系化合物とした場合において、図1のフローシー
トに基づき、酸化還元反応経路の予測を行っている。As is clear from the results shown in Table 6, even when a photocatalyst other than TiO 2 is used, the reaction of the photocatalyst treatment in all the solvents including water becomes possible as in the first and second embodiments. (Fourth Embodiment) Prediction of Photocatalytic Reaction in Liquid Phase System Considering pH Here, the pH of the reaction system is 5, the sample photocatalyst is TiO 2 and ZnO, and the sample substrate is the same Br-based, Cl In the case of a system, an I system, and an N system compound, the oxidation-reduction reaction route is predicted based on the flow sheet of FIG.
【0121】表7は、光触媒がTiO2である場合の伝導帯
及び価電子帯、並びに前記試供基質のE0値とG0算出値
の一覧である。表8は、光触媒がZnOである場合の伝導
帯及び価電子帯、並びに前記試供基質のE0値とG0算出
値の一覧である。尚、表1と表7によれば、I-/I3 -系と
I2/I3 -系のE0値は、pHの影響を受けていないが、I-とI
2は、その構造式から明らかなように、酸素を含んでい
ない。ここで、本発明に係る光触媒反応予測は、水素イ
オンはI-/I3 -反応系とI2/I3 -反応系に関与しないと解
し、下記演算式(6)において、m=0として演算処理
を行っている。このため、E0値は補正されない結果と
なったのである。Table 7 is a list of the conduction band and the valence band when the photocatalyst is TiO 2 , and the E 0 value and the G 0 calculated value of the sample substrate. Table 8 is a list of the conduction band and the valence band when the photocatalyst is ZnO, and the E 0 value and the G 0 calculated value of the sample substrate. Incidentally, according to Table 1 and Table 7, I - / I 3 - system and
I 2 / I 3 - system E 0 value is not affected by pH, I - and I
2 does not contain oxygen, as is evident from its structural formula. Here, the photocatalytic reaction prediction according to the present invention interprets that hydrogen ions do not participate in the I − / I 3 − reaction system and the I 2 / I 3 − reaction system, and in the following arithmetic expression (6), m = 0 The arithmetic processing is performed as follows. Therefore, the E 0 value was not corrected.
【0122】[0122]
【表7】 [Table 7]
【0123】[0123]
【表8】 [Table 8]
【0124】そして、酸化還元反応予測は、第1及び第
3実施形態の表2及び表5と同じ予測結果を示したのに
対し、実負荷試験によっても、同実施形態の表3及び表
6と同じ酸化還元反応経路が得られた。これにより、本
発明に係る光触媒反応予測方法は反応系のpHが変化して
も光触媒反応の予測が可能であることが示された。 (第5実施形態)気相系における光触媒反応予測 第1及び2実施形態では、液相系における光触媒の適用
効果について、TiO2を例に挙げて述べたが、気相系にお
いても、本発明に係る光触媒反応予測方法及びその装置
は、光触媒との電子授受のしやすさとその際の自由エネ
ルギーを考慮して、光触媒によって起こる種々の酸化還
元反応を予測することが可能である。The oxidation-reduction reaction prediction showed the same prediction results as Tables 2 and 5 of the first and third embodiments, but Tables 3 and 6 of the same embodiment were also obtained by the actual load test. The same oxidation-reduction reaction pathway as in Example 1 was obtained. This indicates that the photocatalytic reaction prediction method according to the present invention can predict the photocatalytic reaction even when the pH of the reaction system changes. (Fifth Embodiment) Photocatalytic Reaction Prediction in Gas Phase System In the first and second embodiments, the application effect of a photocatalyst in a liquid phase system has been described using TiO 2 as an example. The method and apparatus for predicting a photocatalytic reaction according to the present invention can predict various oxidation-reduction reactions caused by the photocatalyst in consideration of the ease of electron transfer with the photocatalyst and the free energy at that time.
【0125】図10は、大気中における光触媒反応の模
式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a photocatalytic reaction in the atmosphere.
【0126】本実施形態に係る光触媒反応予測方法及び
その装置は、高湿度や降雨等の影響により光触媒表面に
水滴が付着しているときはもちろん、視覚的に光触媒表
面に水滴が付着していなくても、大気中に存在している
水分子により光触媒表面が微視的に濡れた状態になって
いる考え、溶媒が水であるとみなしている。The method and apparatus for predicting a photocatalytic reaction according to the present embodiment can be used not only when water droplets adhere to the photocatalyst surface due to the effects of high humidity and rainfall, but also when the water droplets visually adhere to the photocatalytic surface. However, it is considered that the solvent is water because the photocatalyst surface is microscopically wet by water molecules present in the atmosphere.
【0127】したがって、第1実施形態と同様に、O2/H
2O系の標準酸化還元電位(E0値)を基準電位として、
図1のフローシートの手順に従い試供基質に関する反応
系のG値を求め、光触媒によって起こる酸化還元反応の
予測を行っている。Therefore, as in the first embodiment, O 2 / H
Using the standard oxidation-reduction potential (E 0 value) of the 2 O system as a reference potential,
The G value of the reaction system for the test substrate is determined according to the procedure of the flow sheet in FIG. 1 to predict the oxidation-reduction reaction caused by the photocatalyst.
【0128】この時、pHについては、中性(pH=7)と
考え、第4形態に基づいてのE0値補正を行い、G0を計
算する。At this time, the pH is considered to be neutral (pH = 7), and the E 0 value is corrected based on the fourth embodiment to calculate G 0 .
【0129】表9は、大気環境において問題になってい
るいくつかの物質(本実施形態においては、ホルムアル
デヒド、炭酸ガス、メタン、一酸化窒素)についてのE
0値及びG0値の一覧であり、表10は、本発明に係る光触
媒反応予測方法によって得られた試供基質の酸化還元反
応経路の予測である。Table 9 shows the E for some substances (in the present embodiment, formaldehyde, carbon dioxide, methane, and nitric oxide) that are of concern in the atmospheric environment.
It is a list of 0 values and G 0 values, and Table 10 shows the prediction of the oxidation-reduction reaction pathway of the test substrate obtained by the photocatalytic reaction prediction method according to the present invention.
【0130】[0130]
【表9】 [Table 9]
【0131】[0131]
【表10】 [Table 10]
【0132】そして、表11は実負荷試験によって得られ
た反応経路である。Table 11 shows the reaction routes obtained by the actual load test.
【0133】[0133]
【表11】 [Table 11]
【0134】かかる結果から、気相系(大気)において
も本発明に係る光触媒反応予測方法は適用が可能である
ことが示された。 (第6,7実施形態)水分子が存在しない気相系におけ
る光触媒反応予測 また、本発明に係る光触媒反応予測方法及びその装置
は、水分子が存在しない気相系においても、適用が可能
である。The results show that the photocatalytic reaction prediction method according to the present invention can be applied to a gas phase system (atmosphere). (Sixth and Seventh Embodiments) Photocatalytic Reaction Prediction in a Gas Phase System without Water Molecules The photocatalytic reaction prediction method and apparatus according to the present invention can also be applied to a gas phase system without water molecules. is there.
【0135】このとき、第2実施形態と同様に、当該気
相系に存在する物質の関わる反応系のE0値を求め、こ
れらを比較し、E0値の小さい方の反応系が価電子帯で
酸化反応を、またE0値の大きい方の反応系が伝導帯で
還元反応を起こすと考える。このとき、求めるE0値
は、その系のpHに応じて第4実施形態と同じ手法で補正
される。[0135] At this time, similarly to the second embodiment obtains the E 0 values of the reaction system involving the substance present in the vapor phase system, compares these, valence smaller reaction system of E 0 value It is considered that the oxidation reaction occurs in the band and the reaction system having the larger E 0 value causes the reduction reaction in the conduction band. At this time, the calculated E 0 value is corrected in the same manner as in the fourth embodiment according to the pH of the system.
【0136】尚、第5及び第6実施形態では光触媒とし
てTiO2を例に述べたが、第3実施形態と同様に、その他
の光触媒についても同様な作用効果が得られる(第7実
施形態)。In the fifth and sixth embodiments, TiO 2 has been described as an example of a photocatalyst. However, similar effects can be obtained for other photocatalysts as in the third embodiment (seventh embodiment). .
【0137】[0137]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る光触媒反応予測方法とその装置及びプログラムと
その媒体によれば、全ての光触媒反応の予測が可能とな
る。As is clear from the above description, according to the photocatalytic reaction prediction method, the apparatus, the program and the medium according to the present invention, all the photocatalytic reactions can be predicted.
【0138】また、光触媒処理を考えるとき、光触媒反
応を予測できるため、処理の対象となる気相環境または
液相環境に存在する物質が分かれば、光触媒処理の適用
が有効であるか否かを簡易的に予測することができる。Further, when considering photocatalytic treatment, a photocatalytic reaction can be predicted. Therefore, if a substance existing in a gas phase environment or a liquid phase environment to be treated is known, it is determined whether or not the application of the photocatalytic treatment is effective. It can be easily predicted.
【0139】さらに、処理対象物質分解反応が共存物質
により促進されるかまたは阻害されるかを容易に予測す
ることができる。そのため、光触媒処理装置の設計時
に、必要となる実験の手間や、反応予測の際の煩雑な計
算の手間が大きく軽減される。Further, it can be easily predicted whether the decomposition reaction of the substance to be treated is promoted or inhibited by the coexisting substance. Therefore, when designing the photocatalyst treatment apparatus, the labor required for experiments and the labor required for complicated calculations in predicting the reaction are greatly reduced.
【図1】本発明に係る光触媒反応予測装置の一実施形態
例と、これによる光触媒反応予測のフローチャートの概
略。FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a photocatalytic reaction prediction device according to the present invention and a flowchart of photocatalytic reaction prediction by the embodiment.
【図2】(a)は光触媒反応による電気励起模式図、
(b)はオゾンによるBrO3 -の生成経路の概略説明図、
(c)は脱窒経路の概略説明図。FIG. 2 (a) is a schematic diagram of electrical excitation by a photocatalytic reaction,
(B) BrO is with ozone 3 - schematic representation of a production path,
(C) is a schematic explanatory diagram of a denitrification route.
【図3】光触媒処理におけるNO3-N、NO2-N濃度の経時的
変化で、(a)はNO3 ー単独系の場合、(b)はNO2 ー単
独系の場合。[Figure 3] NO 3 -N in the photocatalyst treatment, in time course of NO 2 -N concentration, (a) shows the case of NO 3 over sole system, (b) in the case of NO 2 over a single system.
【図4】溶媒が水である場合の光触媒反応における酸化
還元電位の見方の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of how to view an oxidation-reduction potential in a photocatalytic reaction when a solvent is water.
【図5】NO2 -を共存させた場合とさせない場合のBrO3 -
濃度の挙動。[5] NO 2 - in the case of not a case where a coexists BrO 3 -
Concentration behavior.
【図6】ClO2 -を共存させた場合とさせない場合のBrO3 -
濃度の挙動。[6] ClO 2 - in the case of not a case where a coexists BrO 3 -
Concentration behavior.
【図7】主な反応系の酸化還元電位(E0値(V))(pH
=0)。FIG. 7: Redox potential (E 0 value (V)) of main reaction system (pH
= 0).
【図8】ΔG0の計算方法の説明図(ここでは、NO3 -/NO
2 -系)で、(a)は伝導帯から電子を受け取る場合、
(b)は価電子帯に電子を与える場合。FIG. 8 is an explanatory diagram of a calculation method of ΔG 0 (here, NO 3 − / NO
2 - system), where (a) receives electrons from the conduction band,
(B) is a case where electrons are given to the valence band.
【図9】ClO2 -還元及び酸化によって生成されるCl-、Cl
O3 -濃度の経時的変化。[9] ClO 2 - Cl produced by reduction and oxidation -, Cl
O 3 - concentration time course of.
【図10】大気中における光触媒反応の模式図。FIG. 10 is a schematic diagram of a photocatalytic reaction in the atmosphere.
【図11】代表的な光触媒のエネルギーダイヤグラム
(pH=0)。FIG. 11 is an energy diagram (pH = 0) of a typical photocatalyst.
1…前処理手段 2…演算処理手段 11,12,13,21…データベース 1 ... Preprocessing means 2 ... Operation processing means 11,12,13,21 ... Database
フロントページの続き (72)発明者 田川 良彦 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 佐藤 茂雄 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 Fターム(参考) 4D048 AA06 AA13 AA19 AA30 BA07X BA16X BA41X EA01 4G069 AA02 AA03 AA20 BA04B BB04B BC35B CA02 CA05 CA13 CA15 CA17 CA20 DA05 4G075 AA15 AA67 BA04 BA06 Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiko Tagawa 2-1-117 Osaki, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Meidensha Co., Ltd. (72) Inventor Shigeo Sato 2-1-1-17 Osaki, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Meidensha Co., Ltd. F term (reference) 4D048 AA06 AA13 AA19 AA30 BA07X BA16X BA41X EA01 4G069 AA02 AA03 AA20 BA04B BB04B BC35B CA02 CA05 CA13 CA15 CA17 CA20 DA05 4G075 AA15 AA67 BA04 BA06
Claims (12)
おける光触媒反応の予測方法であって、光触媒と試供基
質とを反応させる系のpH値に基づいて当該光触媒の伝導
帯及び価電子帯、並びに当該基質に関わる反応系の標準
酸化還元電位を補正する工程と、前記補正した酸化還元
電位を電位順に整序する工程と、前記酸化還元電位の整
序の結果から、前記光触媒によって起こる試供基質の酸
化反応若しくは還元反応の阻害促進状況を決定する工程
と、を有することを特徴とする光触媒反応予測方法。1. A method for predicting a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present, comprising: a conduction band and a valence band of the photocatalyst based on a pH value of a system in which the photocatalyst and the test substrate are reacted. And correcting the standard oxidation-reduction potential of the reaction system relating to the substrate, adjusting the corrected oxidation-reduction potential in the order of the potential, and adjusting the oxidation-reduction potential to obtain a test substrate generated by the photocatalyst. Determining the state of promoting inhibition of the oxidation reaction or reduction reaction of the photocatalyst.
序した後、前記光触媒によって起こり得る試供基質の反
応経路を取得し、該光触媒によって起こる試供基質の反
応の有無、または反応が起こる場合は酸化反応か還元反
応かを決定することを決定する工程を有すること、を特
徴とする請求項1記載の光触媒反応予測方法。2. After arranging the corrected oxidation-reduction potential in the order of potential, obtaining a reaction path of a sample substrate which can occur by the photocatalyst, and determining whether or not a reaction of the sample substrate caused by the photocatalyst occurs, or The method for predicting a photocatalytic reaction according to claim 1, further comprising a step of determining whether to determine whether the reaction is an oxidation reaction or a reduction reaction.
つ選択する工程と、この物質について酸化反応と還元反
応が同時に進行するか否かを判断する工程と、酸化反応
と還元反応が同時に進行する場合、前記補正した酸化還
元電位から演算によって該酸化反応と該還元反応のギブ
ズ自由エネルギーを算出し、この演算結果に基づき、該
酸化反応と該還元反応のうち、どちらの反応が優先的に
起こるかを決定する工程を有すること、を特徴とする請
求項2記載の光触媒反応予測方法。3. A step of selecting one of the substance names in the obtained reaction path, a step of judging whether or not an oxidation reaction and a reduction reaction proceed simultaneously with respect to this substance; When proceeding simultaneously, the Gibbs free energy of the oxidation reaction and the reduction reaction is calculated by calculation from the corrected oxidation-reduction potential, and based on the calculation result, which of the oxidation reaction and the reduction reaction has priority. 3. The method for predicting a photocatalytic reaction according to claim 2, further comprising a step of determining whether the photocatalytic reaction occurs.
おける光触媒反応を予測する装置であって、光触媒名と
試供基質名と反応系のpH値とを入力する入力手段と、
予め、光触媒の伝導帯及び価電子帯並びに試供基質の関
わる反応系の標準酸化還元電位を記録しておく記録手段
と、反応系のpH値と、前記記録手段から当該反応系に存
在する光触媒及び試供基質に関わる標準酸化還元電位の
値とが供給され、これらの値から演算によって該酸化還
元電位を補正する前処理手段と、前記前処理手段で補正
された酸化還元電位が供給され、この酸化還元電位の値
に基づき、光触媒によって起こる試供基質の酸化反応若
しくは還元反応の阻害促進状況を決定する演算処理手段
と、前記演算処理手段によって決定された試供基質の酸
化反応若しくは還元反応の阻害促進状況を反応予測結果
として出力する手段とを備えたこと、を特徴とする光触
媒反応予測装置。4. An apparatus for predicting a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present, comprising: input means for inputting a photocatalyst name, a test substrate name, and a pH value of the reaction system;
In advance, recording means for recording the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the conduction band and valence band of the photocatalyst and the sample substrate, the pH value of the reaction system, and the photocatalyst present in the reaction system from the recording means and A standard oxidation-reduction potential value relating to the sample substrate is supplied, a pre-processing means for correcting the oxidation-reduction potential by calculation from these values, and an oxidation-reduction potential corrected by the pre-processing means are supplied. An arithmetic processing means for determining, based on the value of the reduction potential, the inhibition promotion state of the oxidation or reduction reaction of the sample substrate caused by the photocatalyst; and the inhibition promotion state of the oxidation reaction or reduction reaction of the sample substrate determined by the arithmetic processing means Means for outputting a reaction prediction result as a reaction prediction result.
ら供給された酸化還元電位の値に基づき、光触媒によっ
て起こり得る試供基質の反応経路を取得し、演算によっ
て、反応の有無、または反応が起こる場合は酸化反応か
還元反応かを決定すること、を特徴とする請求項4記載
の光触媒反応予測装置。5. The arithmetic processing means obtains a reaction path of a sample substrate that can occur by a photocatalyst based on the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means, and determines whether or not a reaction is present or not by a calculation. 5. The photocatalytic reaction predicting device according to claim 4, wherein if it occurs, it is determined whether the reaction is an oxidation reaction or a reduction reaction.
経路における各物質において、酸化反応と還元反応が同
時に進行すると判断した場合、前記前処理手段から供給
された酸化還元電位の値から演算によってギブズ自由エ
ネルギーを算出し、この演算結果に基づき、該酸化反応
と該還元反応のうち、どちらの反応が優先的に起こるか
を決定すること、を特徴とする請求項5記載の光触媒反
応予測装置。6. The arithmetic processing means, when judging that the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously in each of the substances in the obtained reaction path, by calculating from the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means. The photocatalytic reaction prediction device according to claim 5, wherein a Gibbs free energy is calculated, and which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially is determined based on a result of the calculation. .
おける光触媒反応を予測するために、コンピュータを、
光触媒名と試供基質名と反応系のpH値とを入力する入
力手段と、予め、光触媒の伝導帯及び価電子帯並びに試
供基質の関わる反応系の標準酸化還元電位を記録してお
く記録手段と、反応系のpH値と、前記記録手段から当該
反応系に存在する光触媒及び試供基質に関わる標準酸化
還元電位の値とが供給され、これらの値から演算によっ
て該酸化還元電位を補正する前処理手段と、前記前処理
手段で補正された酸化還元電位が供給され、この酸化還
元電位の値に基づき、光触媒によって起こる試供基質の
酸化反応若しくは還元反応の阻害促進状況を決定する演
算処理手段と、前記演算処理手段によって決定された試
供基質の酸化反応若しくは還元反応の阻害促進状況を反
応予測結果として出力する手段ととして機能させるため
の光触媒反応予測プログラム。7. A computer for predicting a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present.
Input means for inputting a photocatalyst name, a sample substrate name, and a pH value of a reaction system, and recording means for recording in advance the conduction and valence bands of the photocatalyst and the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the sample substrate. , The pH value of the reaction system, and the standard oxidation-reduction potential value relating to the photocatalyst and the test substrate present in the reaction system are supplied from the recording means, and the pre-processing for correcting the oxidation-reduction potential by calculation from these values is performed. Means, an oxidation-reduction potential corrected by the pre-processing means is supplied, and based on the value of the oxidation-reduction potential, arithmetic processing means for determining the inhibition promotion state of the oxidation or reduction reaction of the test substrate caused by the photocatalyst, Photocatalytic reaction prediction for functioning as a means for outputting, as a reaction prediction result, the inhibition promotion status of the oxidation or reduction reaction of the test substrate determined by the arithmetic processing means Program.
ら供給された酸化還元電位の値に基づき、光触媒によっ
て起こり得る試供基質の反応経路を取得し、演算によっ
て、反応の有無、または反応が起こる場合は酸化反応か
還元反応かを決定すること、を特徴とする請求項7記載
の光触媒反応予測プログラム。8. The arithmetic processing means obtains a reaction path of a sample substrate which can occur by a photocatalyst based on the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means, and determines whether or not a reaction has occurred, The photocatalytic reaction prediction program according to claim 7, wherein if it occurs, it is determined whether the reaction is an oxidation reaction or a reduction reaction.
経路における各物質において、酸化反応と還元反応が同
時に進行すると判断した場合、前記前処理手段から供給
された酸化還元電位の値から演算によってギブズ自由エ
ネルギーを算出し、この演算結果に基づき、該酸化反応
と該還元反応のうち、どちらの反応が優先的に起こるか
を決定すること、を特徴とする請求項8記載の光触媒反
応予測プログラム。9. The arithmetic processing means, when judging that the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously in each of the substances in the obtained reaction path, by calculation from the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means. 9. The photocatalytic reaction prediction program according to claim 8, wherein a Gibbs free energy is calculated, and which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially is determined based on a result of the calculation. .
における光触媒反応を予測するために、コンピュータ
を、光触媒名と試供基質名と反応系のpH値とを入力す
る入力手段と、予め、光触媒の伝導帯及び価電子帯並び
に試供基質の関わる反応系の標準酸化還元電位を記録し
ておく記録手段と、反応系のpH値と、前記記録手段から
当該反応系に存在する光触媒及び試供基質に関わる標準
酸化還元電位の値とが供給され、これらの値から演算に
よって該酸化還元電位を補正する前処理手段と、前記前
処理手段で補正された酸化還元電位が供給され、この酸
化還元電位の値に基づき、光触媒によって起こる試供基
質の酸化反応若しくは還元反応の阻害促進状況を決定す
る演算処理手段と、前記演算処理手段によって決定され
た試供基質の酸化反応若しくは還元反応の阻害促進状況
を反応予測結果として出力する手段ととして機能させる
ための光触媒反応予測プログラムを記録したコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体。10. In order to predict a photocatalytic reaction in a reaction system in which a photocatalyst and a test substrate are present, a computer is provided with input means for inputting a photocatalyst name, a test substrate name, and a pH value of the reaction system; Recording means for recording the standard oxidation-reduction potential of the reaction system involving the conduction band and valence band of the reaction substrate, and the pH value of the reaction system, and the photocatalyst and the test substrate present in the reaction system from the recording means. And a pre-processing means for correcting the oxidation-reduction potential by calculation from these values, and an oxidation-reduction potential corrected by the pre-processing means are supplied. Arithmetic processing means for determining, based on the value, inhibition promotion of the oxidation or reduction reaction of the test substrate caused by the photocatalyst; and the oxidation reaction of the test substrate determined by the arithmetic processing means. Computer readable recording medium recording a photocatalytic reaction prediction programs for the properly function as a means for outputting the inhibition promoting conditions of the reduction reaction as a reaction prediction result.
から供給された酸化還元電位の値に基づき、光触媒によ
って起こり得る試供基質の反応経路を取得し、演算によ
って、反応の有無、または反応が起こる場合は酸化反応
か還元反応かを決定すること、を特徴とする請求項10
記載の光触媒反応予測プログラムを記録したコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体。11. The arithmetic processing means obtains a reaction path of a sample substrate that can occur by a photocatalyst based on the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means, and determines whether or not a reaction is present or not by a calculation. 11. The method according to claim 10, further comprising determining whether the reaction is an oxidation reaction or a reduction reaction.
A computer-readable recording medium on which the photocatalytic reaction prediction program described above is recorded.
応経路における各物質において、酸化反応と還元反応が
同時に進行すると判断した場合、前記前処理手段から供
給された酸化還元電位の値から演算によってギブズ自由
エネルギーを算出し、この演算結果に基づき、該酸化反
応と該還元反応のうち、どちらの反応が優先的に起こる
かを決定すること、を特徴とする請求項11記載の光触
媒反応予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り
可能な記録媒体。12. The arithmetic processing means, when judging that the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously in each of the substances in the obtained reaction path, performs an arithmetic operation from the value of the oxidation-reduction potential supplied from the preprocessing means. The photocatalytic reaction prediction program according to claim 11, wherein a Gibbs free energy is calculated, and which of the oxidation reaction and the reduction reaction occurs preferentially is determined based on the calculation result. A computer-readable recording medium on which is recorded.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001150493A JP2002336685A (en) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | Method for predicting photocatalyst reaction and system for the same as well as program and recording medium for the same |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001264309A (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Fumiaki Otani | Catalyst searching method |
JP2005179199A (en) * | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Toyota Motor Corp | Method for searching chemical reaction pathway |
CN103331156A (en) * | 2013-07-08 | 2013-10-02 | 武汉理工大学 | Full solar spectrum driving cryptomelane nanorod catalyst, and preparation method and applications thereof |
-
2001
- 2001-05-21 JP JP2001150493A patent/JP2002336685A/en active Pending
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