遷移金属元素化合物と二酸化チタン光触媒の連携による機能集積ナノ反応場の創製

• Project/Area Number: 15651045
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 横野 照尚 九州工業大学, 工学部, 教授 (10203887)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 二酸化チタン光触媒 / 窒素ドープ / 鉄イオン / 還元処理 / 表面修飾 / 分子認識能 / 可視光応答性 / 選択的反応 / 二酸化チタン / 遷移金属 / 光触媒 / 機能集積 / 硫黄カチオンドープ / 炭素カチオンドープ / 可視光応答型

Research Abstract

1.鉄吸着窒素ドープ二酸化チタンの還元処理による触媒活性の向上
一般に応用製品として利用されている二酸化チタン光触媒は、紫外光照射下でしか触媒活性を発現しない。しかし、室内などの用途範囲を広げるためには可視光に対する応答性をあげ、触媒活性を発現させることが不可欠である。そこで、窒素ドープ二酸化チタン上に電子アクセプターとして鉄イオンを吸着した後に、還元処理することで、光触媒上の鉄ナノ粒子の粒子径と分散状態をコントロールした。その結果、超高感度可視光応答型の窒素ドープ二酸化チタン光触媒の開発に成功した。この触媒は、現在まで報告されている光触媒の中で最高活性を発現することが明らかになった。
2.選択的反応機能を有する二酸化チタン光触媒の開発
二酸化チタン粒子は紫外光照射下で、高効率でOHラジカルを発生し、二酸化チタン光触媒表面に吸着したほとんどの有機物を分解してしまう。この特性は反応媒体に存在するすべての物質に酸化力を分散するために目的物質へ投入される酸化力が低下してしまう。また、光照射下で触媒表面は超親水性の傾向を示し、疎水性物質との親和性は急速に低下するため表面濃度の低下を招き、触媒活性の著しい低下をもたらす。このような問題を解決するために炭化水素鎖、炭化フッ素鎖、芳香族、4級アンモニウム誘導体(カチオン性)官能基を有する二酸化チタン粒子表面を修飾し、表面修飾官能基の特性に伴うナノ反応場の構築を検討した。その結果、炭化水素鎖で修飾することで疎水性のアルデヒドに関して分解活性が5倍程度向上した。また、芳香族官能基では、芳香族官能基を有する基質を選択的に分解し、炭化フッ素鎖を有する官能基を導入した光触媒は、炭化フッ素鎖を有する基質を選択的に酸化することが明らかになった。また、カチオン性官能基では、アニオン性を有する基質を選択的に分解した。この様に、二酸化チタン表面に導入する官能基の特性に依存した選択性を発現することに世界で初めて成功した。

Research Products

• [Journal Article] Selective Oxidation of Aldehydes on TiO_2 Photocatalysts Modified with Functional Groups (2006)
  • Author(s): 横野照尚 他
  • Journal Title: J.Molecular Catalysis A, General 245 Pages: 8-8
• [Journal Article] Study on photogenerated charge carriers dynamics in sulfur-doped titanium dioxide by transient IR absorption (2006)
  • Author(s): 竹下寛 他
  • Journal Title: J.photochem.Photobiol B.Chemistry 117 Pages: 7-7
• [Journal Article] Photocatalytic partial oxidation of methylpyridine on TiO_2 particles under an anaerobic condition (2005)
  • Author(s): 横野照尚 他
  • Journal Title: J.Appl.Electrochem 35 Pages: 9-9
• [Journal Article] Photooxidation of organic compounds in a solution containing hydrogen peroxide and TiO_2 particles under visible light (2005)
  • Author(s): 高原美子 他
  • Journal Title: J.Appl.Electrochem 35 Pages: 5-5
• [Journal Article] Preparation, Testing and Characterization of Doped-TiO_2 Active in the Peroxidation of Biomolecules Under Visible Light (2005)
  • Author(s): Revathi Bacsa et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 109 Pages: 9-9
• [Journal Article] Visible Light Mediated Photocatalytic Degradation of Gaseous Trichloroethylene and Dimethyl Sulfide on Modified Titanium Dioxide (2005)
  • Author(s): Kristof Demeestere et al.
  • Journal Title: Applied Catalysis, B, Environment 61 Pages: 10-10
• [Journal Article] Selective Oxidation of Benzaldehyde Derivatives on TiO_2 Photocatalysts Modified with Fluorocarbon Group (2005)
  • Author(s): 横野照尚 他
  • Journal Title: Catalysis Letters 102 Pages: 4-4
• [Journal Article] Preparation of S,C cation-codoped SrTiO_3 and its photocatalytic activity under visible light (2005)
  • Author(s): 横野照尚 他
  • Journal Title: Applied Catalysis A, General 288 Pages: 6-6
• [Journal Article] Preparation of S-doped TiO_2 and its sensitization (2005)
  • Author(s): 横野照尚 他
  • Journal Title: Electrochemistry 73 Pages: 5-5
• [Journal Article] Photochemistry and photocuring properties of thiol-substituted alpha-aminoalkylphenone as radical photoinitiator (2005)
  • Author(s): 倉久稔 他
  • Journal Title: J.Pol.Sci.PART B-POLYMER PHYSICS 245 Pages: 12-12
• [Journal Article] Preparation of S-doped TiO_2 photocatalysts and their photocatalytic activities under visible light (2004)
  • Author(s): 横野照尚, 秋吉美也子他
  • Journal Title: Applied Catalysis A : General 265 Pages: 115-121
• [Journal Article] Reduction Products from Molecular Oxygen on Photoirradiated TiO_2 Particles (2004)
  • Author(s): 後藤肇, 花田康志, 横野照尚他
  • Journal Title: Journal of Catalysis 225 Pages: 223-229
• [Journal Article] Degradation of Methylene Blue on Carbonate species-doped TiO_2 Photocatalysts under Visible Light (2004)
  • Author(s): 横野照尚, 坪田敏樹他
  • Journal Title: Chemistry Letters 33 Pages: 1610-1611
  • NAID: 10013106135
• [Journal Article] Photocatalytic activity of a TiO_2 photocatalyst doped with C^<4+> and S^<4+> ions having a rutile phase under visible light (2004)
  • Author(s): 横野照尚, 坪田敏樹他
  • Journal Title: Catalysis Letters 98 Pages: 255-258
• [Journal Article] Development of Visible-Light Active TiO_2 Photocatalysts And Amphiphilic TiO_2 Particles
  • Author(s): 横野照尚, 坪田敏樹他
  • Journal Title: Journal of the Electrochemical Society (印刷中)
• [Journal Article] Photocatalytic partial oxidation of methylpyridine on TiO_2 particles under an anaerobic condition.
  • Author(s): 横野照尚, 坪田敏樹他
  • Journal Title: Journal of the applied Electrochemistry (印刷中)
• [Book] 化学工業 (2006)
  • Author(s): 横野照尚
  • Total Pages: 150
  • Publisher: 化学工業社
• [Book] 未来材料 (2005)
  • Author(s): 横野照尚
  • Total Pages: 200
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Book] 「高機能な酸化チタン光触媒」〜基礎から応用まで (2004)
  • Author(s): 横野照尚
  • Total Pages: 500
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Patent(Industrial Property Rights)] 酸化チタン光触媒 (2004)
  • Inventor(s): 横野 照尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東邦チタニウム
  • Industrial Property Number: 2004-071070
  • Filing Date: 2004-03-12
• [Publications] 横野照尚, 猿川浩二他: "Crystal Faces of Rutile and Anatase TiO_2 Particles and Their Roles in Photocatalytic Reactions"New Journal of Chemistry. 26. 1167-1170 (2002)
• [Publications] 横野照尚, 時枝康二郎他: "Synergism between rutile and anatase TiO_2 particles in photocatalytic oxidation of naphthalene"Appled Catalysis, A : General. 244. 383-391 (2003)
• [Publications] 横野照尚, 満居隆浩他: "Photocatalytic Activity of S-doped TiO_2 Photocatalyst under Visible Light"Chemistry Letters. 32. 364-365 (2003)
• [Publications] 横野照尚, 満居隆浩他: "TiO_2-photocatalyzed oxidation of adamantane in solutions, containing oxygen or hydrogen peroxide"J.Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. 160. 3-9 (2003)
• [Publications] 横野照尚, 満居隆浩他: "Preparation of visible light active S-doped TiO_2 photocatalysts and their photocatalytic activities"Oxidation Technologies for Water and Wastewater Treatment. 57. 239-242 (2003)
• [Publications] 横野照尚, 秋吉美也子他: "Preparation of S-doped TiO_2 photocatalysts and their photocatalytic activities under visible light"Applied Catalysis A : General. (印刷中).
• [Publications] 横野照尚: "図解 光触媒のすべて"工業調査会「M&E」編集部. (2003)