2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of active photocatalysts by controlling the valence states of metal dopants
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18K05298
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
山崎 鈴子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (80202240)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 可視光応答型光触媒 / 金属イオンドープ / 環境浄化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度には、バナジウムイオンドープ酸化チタン（ドープ量：1.0 atom%）が、高コストである白金イオンドープ酸化チタンに匹敵する活性を示すことを明らかにした。これらの粉末の前駆体ゾルを用いて、500℃焼成により電極を作製し、疑似太陽光照射下で光電流を測定した。バナジウムの場合には、1.0 atom%において最大光電流値が得られたが、白金の場合には、ドープ量の増加とともに光電流値が減少する傾向が得られた。これらの傾向は、500℃焼成粉末上でのアセトアルデヒドの分解活性のドープ量依存性と一致した。申請書に記載したように、汚染水などの浄化へ適用するためには、太陽光の届く領域に光触媒が位置することが望まれるので、水に浮遊する光触媒の合成も試みた。グルコースの水熱合成により平均粒径が約230 nmの炭素球を作製し、ゾルをディップコーティング後、焼成して炭素を分解し、中空状態にすることを狙った。500℃焼成後の赤外吸収スペクトル測定により、炭素の完全な除去を確認したが、平均粒径が約167 nmまで小さくなると同時に、歪な形状に変化し、水に浮遊しなかった。そこで、市販の中空ガラスを用いて、バナジウムイオンドープ酸化チタンゾル（ドープ量：1.0 atom%）をディップコーティング後500℃焼成し、さらに比較のために、水に浮遊する酸化チタン光触媒も合成した。後者は、365 nmのブラックライトの3時間照射下で、80％の4-クロロフェノール（4-CP）を分解した。一方、422 nm以上の可視光照射下では4-CPを分解できなかったが、バナジウムイオンドープ酸化チタン被覆中空ガラスの場合には、光照射3時間で約10％が分解できた。したがって、可視光照射下でも駆動できる水に浮遊する光触媒を作製することに成功した。コーティング膜の厚さを増加させることで、分解活性をさらに向上できると考えられる。
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