不均一系光触媒反応におけるスカベンジャー剤の使用：真実、半真実、および誤解

Use of scavenger agents in heterogeneous photocatalysis: truths, half-truths, and misinterpretations.

• Jéssica Tamara Schneider
• Daniele Scheres Firak
• Ronny Rocha Ribeiro
• Patricio Peralta-Zamora

抄録

ラジカルスカベンジャーや干渉種の挙動については理解にギャップがあるものの、不均一系光触媒における分解機構の解明や分解効率の向上のために広く利用されています。本研究では、スカベンジャー（t-ブタノール、ギ酸、メタノール、p-ベンゾキノン、シュウ酸塩、スーパーオキシドジスムターゼ、アジド）、干渉種（亜硫酸塩、重臭酸塩、臭素酸塩、炭酸塩、塩化物、ヨウ化物）、無機イオン（硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩）などの異なる種の影響に着目し、TiO/UVA反応におけるヒドロキシルラジカルと一重項酸素の生成を調べた。電子常磁性共鳴分光法(EPR)を用いて、各干渉・捕捉剤種の存在下で生成するラジカルを調べた。モデル基質として選択されたフェノール分解の間に、いくつかのスカベンジャーと干渉種を研究した。パラベンゾキノンはキノンの光還元に起因するヒドロキシルラジカル生成量の増加を示した。ヒドロキシルラジカル以外のラジカル、例えば、二酸化炭素、ヒドロキシメチル、アジド、セミキノンは、それぞれシュウ酸塩、メタノール、アジド、パラベンゾキノンの存在下で確認された。これらのラジカルの中には、還元電位により有機基質と相互作用する可能性があるものもあり、不均一系光触媒プロセスにこれらのラジカルを添加する場合には批判的な解釈が必要である。

Even though a gap exists in understanding the behavior of radical scavengers and interfering species, they have been extensively employed to elucidate degradation mechanisms or to improve the degradation efficiency in heterogeneous photocatalysis. Focusing on the influence of different species, such as scavengers (t-butanol, formic acid, methanol, p-benzoquinone, oxalate, superoxide dismutase, and azide), interfering species (sulfite, dichromate, bromate, carbonate, chloride, and iodide) and inorganic ions (nitrate, sulfate, and phosphate), this work investigated the production of hydroxyl radicals and singlet oxygen during TiO/UVA reactions. Electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) was applied to investigate radicals formed in the presence of each interfering/scavenger species. Some scavengers and interfering species were studied during phenol degradation, chosen as a model substrate. All species, except bromate, hindered the degradation. para-Benzoquinone showed an increased hydroxyl radical production, attributed to the photo-reduction of quinones. Radicals other than hydroxyl radicals, such as carbon dioxide, hydroxymethyl, azide, and semiquinone, were identified in the presence of oxalate, methanol, azide, and para-benzoquinone, respectively. Some of these radicals can possibly interact with organic substrates due to their reduction potential; as a result, a critical interpretation must be done when these species are added to a heterogeneous photocatalysis process.