| 研究概要 |
近年、可視光応答型光触媒材料が非常に注目され、研究、開発がさかんに行われてきている。その多くは、酸化チタンやチタン酸ストロンチウムなどにアニオンやカチオンを微量添加し、可視光化を図っている。しかし、その手法には限界があり、活性の向上は十分でない。そこで我々は、伝導帯のボトムの位置が酸素還元順位よりも高いNbの酸化物に、Bi,Ag,Pbなどの金属を複合化することにより、価電子帯のトップの位置を押し上げ、可視光に応答する新しい材料の開発に挑戦した。
様々な金属とNbの複合酸化物を固相反応法により合成し、光吸収特性および光触媒特性を評価したところ、Bi-Nb系(CsBi_2Nb_5O_<16>,CsBiNb_2O_7)とPb-Nb系(Pb(II)_<1.83>Mg_<0.29>Nb_<1.71>O_<6.39>,Pb_3MgNb_2O_9)複合酸化物が可視光に応答することがわかった。CsBi_2Nb_5O_<16>,CsBiNb_2O_7が可視光吸収特性を示すのはBi6s軌道がO2p軌道とハイブリットすることによって、価電子帯のトップの位置が押し上げられたためであると考えられる。また、CsBi_2Nb_5O_<16>はBiO_8構造をとり、一方、CsBiNb_2O_7はBiO_<12>構造をとる。それゆえ、CsBi_2Nb_5O_<16>のBi-O間の結合距離はより短く、Bi-O間の相互作用が強くなるため可視光吸収特性に優れると考えられた。また、光触媒活性も可視光吸収特性に優るCsBi_2Nb_5O_<16>がより高い活性を示した。
一方、Pb_<1.83>Mg_<0.29>Nb_<1.71>O_<6.39>,Pb_3MgNb_2O_9が可視光吸収特性を示すのはPb6s軌道がO2p軌道と混成することによって、価電子帯のトップが押し上げられるためと考えられる。また、パイロクロア構造のPb_<1.83>Mg_<0.29>Nb_<1.71>O_<6.39>はペロブスカイト構造のPb_3MgNb_2O_9よりも可視光吸収特性、2プロパノールの光触媒分解特性に優れていた。特にPb_<1.83>Mg_<0.29>Nb_<1.71>O_<6.39>は比表面積が1.7m^2g^<-1>と非常に小さいにもかかわらず、比表面積が43m^2g^<-1>の窒素ドープ型酸化チタンに比べて数倍高い光触媒活性を有していた。
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