ナノレベルで表面構造制御された可視光応答型機能集積金属酸化物光触媒の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15310091
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 横野 照尚 九州工業大学, 工学部, 教授 (10203887)
• キーワード: 表面構造制御 / 二酸化チタン光触媒 / 酸化反応と還元反応の分離 / アナタース型結晶構造 / ルチル型結晶構造 / 化学エッチング剤 / 可視光応答型二酸化チタン

研究概要

二酸化チタン光触媒は、同じ粒子上で全く逆の反応(酸化反応と還元反応)が同時に進行するため、触媒活性を大きく向上させるためには、酸化反応と還元反応が粒子上の別の場所で進行する必要があります。二酸化チタン光触媒の触媒粒子がゆっくりと成長する条件で製造したところ、極めて結晶性のよい二酸化チタン粒子(アナタース型ルチル型)が得られました。この様にして製造した二酸化チタン粒子は、低指数の結晶面が露出していることが明らかになったので、それぞれの結晶面の反応性(酸化反応、還元反応)について調べました。還元反応は白金イオン(四価)が還元されて白金粒子が析出する反応を使って調べました。また、酸化反応が進行する結晶面について調べるために、鉛イオンを酸化して、酸化鉛を析出する反応を行いました。その反応後の二酸化チタン粒子を走査電子顕微鏡で観察したところ、酸化反応により生成した酸化鉛は柱状の二酸化チタン粒子の頂点の部分に、還元反応により生成する白金粒子は側面部分に選択的に析出していることが明らかになりました。この様に、非常に結晶性のよい二酸化チタン粒子を開発することで、酸化反応と還元反応が進行する反応点を分離することに世界で初めて成功しました。
すでに、窒素原子を二酸化チタンにドープすることにより可視光照射下で活性を発現することが報告されているが、可視部の吸光係数は極めて小さく、十分に活性が高いとは言い難い。一方、計算化学的には硫黄原子の導入により、二酸化チタンが可視光応答性を発現する可能性が示唆されているが、硫黄原子はアニオン状態ではイオン半径が大きいために、二酸化チタンの酸素原子と置換することは極めて困難であることも指摘されている。そこで、申請者は硫黄原子を好気条件下で反応させることにより、通常アニオン状態にある硫黄原子を酸化してカチオン状態とし、イオン半径を減少させることで二酸化チタンの結晶格子間に導入することを世界で初めて成功した。この光触媒の可視光照射での光触媒活性について現在研究を行っている。

研究成果

• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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).
• [文献書誌] 横野照尚: "図解光触媒のすべて"工業調査会「M&E」編集部. 2 (2003)