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1.硫酸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。
現在、可視光応答型二酸化チタンは窒素ドープ型のものが活発に研究されている。しかし、可視光領域の吸光度はきわめて小さく、その可視光照射下での触媒活性も十分ではない。このような問題点を抜本的に解決する目的で研究代表者は活発に研究を進め、すでに硫黄カチオン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比較的高い活性を発現することを発見している。さらに、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そのほかのドープ元素について探索を行った。その結果、研究代表者は炭素原子を好気条件下で特殊な焼成用の反応器を用いて反応させることにより、通常アニオン状態にある炭素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。炭素カチオンをドープした二酸化チタン光触媒は、昨年、報告した硫黄元素をカチオン状態で二酸化チタン光触媒に導入したもの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、アナタース型の二酸化チタン光触媒に比べて数倍の触媒活性を示した。更に、400nm以上の可視光照射下では、アナタース型の二酸化チタン光触媒が全く触媒活性を示さないのに対して、炭素カチオンドープ二酸化チタン光触媒は、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。
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