剥離した二次元化合物をベースとする新規光機能材料の設計

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08554028
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 堂免 一成 東京工業大学, 資源化学研究所, 教授 (10155624)
• 研究分担者: 原 亨和 東京工業大学, 資源化学研究所, 助手 (70272713) ; 野村 淳子 東京工業大学, 資源化学研究所, 助手 (60234936) ; 田中 彰 (株)ニコン, 光機能研究室, 課長
• キーワード: K_4Nb_6O_<17> / ソフトケミカル / メソポーラス多孔体 / 剥離 / MgO微粒子

研究概要

1.K_4Nb_6O_<17>のメソポーラス多孔体化
ニオブ系層状複合酸化物であるK_4Nb_6O_<17>は水を完全分解できる光触媒であるが、無機材料としても非常に興味深いものでる。このK_4Nb_6O_<17>ではそのニオブシートがソフトケミカルな手法により剥離するため、新たな材料合成の手段として注目されている。最近、一度剥離したシートを酸などの添加により再構築できることが見出された。そこで、この再構築をMgO微粒子を用いて行い、得られた複合体のキャラクタリゼーション及び光触媒能について検討した。ニオブシートの剥離は、K_4Nb_6O_<17>のプロトン交H^+/K_4Nb_6O_<17>を水酸化テトラブチルアンモニウム(TBA^+OH^-)水溶液中に懸濁させておこなった。この剥離溶液中にMgO微粒子(粒径約100Å)を添加し、生成した沈殿を濾過により回収した後、硫酸水溶液中でMgO,TBA^+を取り除いた。得られた複合体のTEM、BET表面積測定、細孔径分布測定から、この複合体はメソポーラスな多孔体であり、その表面積は145m2・g-1と元のH^+/K_4Nb_6O_<17>に比べ50〜60倍であることがわかった。更にこの触媒は元のH^+/K_4Nb_6O_<17>ではほとんど分解できない(CH_3)_3COHを分解できることが明らかになった。
2.K_4Nb_6O_<17>の薄膜化
従来のスパッタやMBEを用いず、ソフトケミカルな方法でK_4Nb_6O_<17>を薄膜化することを試みたK_4Nb_6O_<17>の粉体を湿式粉砕すると沈殿しない懸濁液が得られた。これを基板上にスピンコートした後、焼成することによって薄膜を作成した。AFM、SEM、XRDから、焼成温度が高くなるにつれてK_4Nb_6O_<17>の結晶が二次元的に成長し、900℃では原子レベルで極めて平滑な薄膜が得られた。IR、ラマン分光は薄膜の表面構造が元のK_4Nb_6O_<17>粉体と異なっていることを示唆した。

研究成果

• [文献書誌] K.Domen,Y.Ebina,S.Ikeda,A.Tanaka,and J.N.Kondo: "Layered Niobium Oxides.-pillaring and exfoliation-" Catal.Today. 28.
• [文献書誌] A.Tanaka and K.Domen: "Photocatalytic Properties of Some Ion-Exchangeable Layered Oxides" Critical Rev.Surf.Chem.(in press.). 167-174 (1996)
• [文献書誌] S.Ikeda,A.Tanaka,K.Shinohara,M.Hara,J.N.Kondo,K.Maruya,and K.Domen: "Effect of the particle size for photocatalytic decomposition of water on Ni-loaded K_4Nb_6O_<17>" Microporous Materials. (in press.).
• [文献書誌] T.Takata,T.Furumi,A.Tanaka,M.Hara,K.Shinohara,J.N.Kondo,and K.Domen: "Photocatalytic decomposition of water on spontaneously hydrated layered perovskites" Chemistry of Materials. (in press.).