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1.硫黄および炭素カチオンドープによる可視光応答型二酸化チタン光触媒の開発
機能集積型の光触媒の反応のエネルギー源である光の利用率を極限まで向上させるために、可視光応答型二酸化チタンの開発を行った。可視部の吸光係数を極限まで向上させることを目的として、昨年報告した硫黄以外のドープ元素について探索を行った。その結果、炭素原子を好気条件下特殊な焼成用の反応器を用いて反応させることにより、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。炭素カチオンをドープした二酸化チタン光触媒は、昨年報告した硫黄カチオンドープ二酸化チタンに比べて可視光領域の吸収がさらに増大した。また、2-プロパノールの酸化活性に関して検討したところ、350nm以上の紫外と可視領域の広い波長範囲の光照射下では、従来型の二酸化チタンに比べて数倍の触媒活性を示した。更に、400nm以上の通常の二酸化チタンが触媒活性を発現しない可視光照射下でも、炭素カチオンドープ二酸化チタンは極めて高い触媒活性を示した。
2.遷移金属イオンを助触媒とする機能集積型二酸化チタン光触媒の開発
炭素および硫黄カチオンをドープした可視光応答型二酸化チタンの触媒活性をさらに向上させるとともに、遷移金属の触媒能を用いて多段階の連携型の反応を進行させるシステムの開発を行っている。現在鉄イオンをドープした可視光応答型二酸化チタンの開発に成功し、未ドープのものに比べて3倍程度触媒活性が向上することをみいだした。
3.表面修飾型二酸化チタン光触媒の開発
紫外光照射下では、二酸化チタン粒子の表面は超親水性の傾向を示す。このような特性は、水中で有害物質などの分解反応に対して、触媒表面と有害物質の親和性を低下させ、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目的で疎水性官能基を有するシランカップリング剤を用いて二酸化チタン粒子表面を修飾し、疎水性環境の構築を試みた。その結果、C4-C18の長さの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倍程度向上することが明らかになった。
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