ソルボサーマル反応による可視光応答型光触媒の創製と特性評価

• Project/Area Number: 14750660
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 無機工業化学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 殷 しゅう 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (40271994)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 酸化チタン / 窒素ドーピング / 光触媒 / 可視光応答性 / 均一沈殿 / ソルボサーマル反応 / メカノケミカル処理 / 薄膜 / サルボサーマル反応

Research Abstract

可視光領域における酸化チタン光触媒活性を実現するため、酸素欠損、窒素ドープ等による酸化チタンへの可視光応答性の付与が注目されている。H16年度では引き続き"均一沈殿-水熱処理"の反応条件の最適化すると共に、結晶化溶媒の影響について詳しく検討を行い、可視光領域に光吸収特性を示す触媒粉末を高比表面積化できると共に、アナターゼ、ルチル及びブルブルッカイトなどの単一相窒素ドープ酸化チタンの作り分けことに成功し、可視光照射によるさらなる光触媒活性の向上が実現した。合成した窒素ドープ酸化チタンナノ粒子の触媒活性を評価したところ、市販高活性光触媒P-25に比べ、NO_xの分解除去能力は大幅に向上することが確認された。波長510nm以上の可視光によるNO_xの分解率は滞在時間1.5分で約40%に達し、波長290nm以上の近紫外線によるNO_xの分解率は80%にも達した。さらに、これらの光触媒粉末を用い、可視光応答性を有する薄膜の合成について検討した。通常バインダーを除去するため仮焼処理が必要であるが、酸素プラズマを用いることによって、60℃の低温でバインダーの除去と膜生成が可能となり、優れたNO_x除去能力と超親水性を示すアナターゼ、ルチル及びブルッカイト型光触媒薄膜の合成に成功した。これらの結果によって、ソルボサーマル反応による優れた可視光応答型光触媒の設計指針を明らかにすることができた。また、メカノケミカル処理によりアニオンドープ型可視光応答型光触媒を調製できることも見出した。

Research Products

• [Journal Article] Photocatalytic Activity of Platnium Loaded Fibrous Titania Prepared by Solvothermal Process (2005)
  • Author(s): S.Yin et al.
  • Journal Title: Journal of Photochemical and Photochemistry and Photobiology A : Chemistry 169 Pages: 89-94
• [Journal Article] Synthesis of Excellent Visible-light Responsive TiO_<2-x>N_y Photocatalyst by a Homogeneous Precipitation-solvothermal Process (2005)
  • Author(s): S.Yin et al.
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry 15 Pages: 674-682
• [Journal Article] Synthesis of Visible-Light-Active Nanosize Rutile Titania Photocatalyst by Low Temperature Dissolution-Reprecipitation Process (2004)
  • Author(s): S.Yin et al.
  • Journal Title: Journal of Photochemical and Photochemistry and Photobiology A : Chemistry 162 Pages: 1-8
• [Journal Article] Photochemical Properties of Titania Nanocrystals Prepared by Hydrothermal Process in Urea Solution (2004)
  • Author(s): S.Yin et al.
  • Journal Title: Transactions of Materials Research Society of japan 29 Pages: 2349-2352
• [Journal Article] Solvothermal Synthesis of Visible Light Responsible Titania (2004)
  • Author(s): M.Komatsu et al.
  • Journal Title: journal of the Ceramic Society of Japan 112
• [Journal Article] Phase-compositional Control and Visible Light Photocatalytic Activity of Nitrogen-doped Titania via Solvothermal Process (2004)
  • Author(s): Y.Aida et al.
  • Journal Title: Journal of Solid State Chemistry 177 Pages: 3235-3238
• [Journal Article] Solvothermal Synthesis of Visible Light Responsive Titania Nanocrystals at Moderate Temperature (2004)
  • Author(s): T.Sato et al.
  • Journal Title: Functional Materials supplement 35 Pages: 1426-1432
• [Journal Article] Mechanochemical Synthesis of Nitrogen-doped Titania and its Visible Light Induced NO_x Destruction Ability (2004)
  • Author(s): S.Yin et al.
  • Journal Title: Solid State Ionics 172 Pages: 205-209
• [Publications] S.Yin, Q.Zhang, F.Saito, T.Sato: "Preparation of Visible-Light Active Titania Photocatalyst by Mechanochemical Method"Chemistry Letters. 32・4. 358-359 (2003)
• [Publications] S.Yin, Y.Aita, Q.He, Q.Tang, T.Sato: "Synthesis and Characterization of Colored Titania by Soft Solution Process"Transactions of Materials Research Society of Japan. 28. 309-312 (2003)
• [Publications] S.Yin, H.Yamaki, M.Komatsu, Q.Zhang, J.Wang, Q.Tang, F.Saito, T.Sato: "Preparation of Nitrogen Doped Titania with High Visible Light Induced Photocatalytic Activity by Mechanochemical Reaction of Titania and Hexamethylenetetramine"Journal of Materials Chemistry. 13. 2996-3001 (2003)
• [Publications] S.Yin, H.Hasegawa, D.Maeda, M.Ishitsuka, T.Sato: "Synthesis of Visible-Light-Active Nanosize Rutile Titania Photocatalyst by Low Temperature Dissolution-Reprecipitation Process"Journal of Photochemical and Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. 162(印刷中). (2004)
• [Publications] S.Yin, Y.Aita, M.Komatsu, J.Wang, Q.Tang, T.Sato: "Photochemical Properties of Titania Nanocrystals Prepared by Hydrothermal Process in Urea Solution"Transactions of Materials Research Society of Japan. 29(印刷中). (2004)
• [Publications] Shu Yin, Qiwu Zhang, Fumio Saito, Tsugio Sato: "Preparation of Visible-Light Active Titania Photocatalyst by Mechanochemical Method"Chemistry Letters. 70・4(印刷中). (2003)
• [Publications] Shu Yin, Yohei Aita, Qinglin He, Qing Tang, Tsugio Sato: "Synthesis and Characterization of Colored Titania by Soft Solution Process"Transactions of Materials Research Society of Japan. 27(印刷中). (2003)