| 研究課題/領域番号 |
19K05067
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| 研究機関 | 北九州工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
小畑 賢次 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (70370046)
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| 研究分担者 |
松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (80229476)
水野 康平 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (80342583)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 光触媒 / 光殺菌 / Bi系複合酸化物 / Fe系複合酸化物 / 可視光応答 / LED / パイロクロア型複合酸化物 / Y2Ti2O7 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高い酸化活性を有するBi系酸化物と高い還元電位を有するFe系酸化物をヘテロ接合することでZスキーム型光触媒を構成し、LED照射下で高い光殺菌活性を示す光触媒を開発するものである。具体的には、①Bi系酸化物のバンド構造制御と微細構造制御、②Fe系酸化物のナノ粒子化と微細構造制御、③Bi/Feヘテロ接合型光触媒による光触媒活性および光殺菌試験の実施である。
令和２年度の研究では、パイロクロア型（Bi2Ti2O7系及びY2Ti2O7系）複合酸化物の合成及び吸収強度の向上に重点をおいて実施した。白色LED光源のメイン波長が 465 nm であることから、この波長域を吸収する複合酸化物の合成を行った。主に、黄色顔料としての応用が期待されているBi2Ti2O7系及びY2Ti2O7系複合酸化物に異種元素を共添加することで、メイン波長の吸収強度の向上を目的とした。Bi2Ti2O7系複合酸化物の合成では、各熱処理温度で合成を試みたが、Bi3Ti4O12 が生成し、高純度な試料が得られなかった。一方、Y2Ti2O7系では、クエン酸とエチレングリコールを用いた錯体重合法により、高純度な試料が得られた。さらに、Y2Ti2O7に対して、異種元素として、5族金属元素（V,Nb,Ta）とアルカリ土類金属元素（Mg,Ca,Sr,Ba）を共添加して吸収強度の変化を調べた。その結果、CaとVを共添加することで吸収強度が一層向上することが確認された。第一原理バンド計算の結果を考慮すると、Ti4+サイトにV5+を固溶させると、バンドギャップ中にV3d状態に起因する不純物準位が形成され、さらに、Y3+サイトにCa2+を共添加するとVO6八面体の歪が増加し、吸収強度が一層強くなっていると予想された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
①白色LED光源のメイン波長 465 nm で吸収を示すパイロクロア型（Bi2Ti2O7系及びY2Ti2O7系）複合酸化物の合成を行った。また、Y2Ti2O7系複合酸化物については、5族金属元素（V, Nb, Ta）とアルカリ土類金属元素（Mg, Ca, Sr, Ba）を共添加して、添加種・添加量が吸収強度に与える影響を明らかにした。しかしながら、コロナ感染拡大に伴い、感染防止対策等の対応に、業務時間の大半を費やし、研究時間の確保が困難となったため。②及び③の研究が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
（今後の推進方策）
3年度（最終年度）は、元年度の研究計画を継続して、Bi系複合酸化物（BiVO4, Bi2WO6など）やパイロクロア型複合酸化物（Bi2Ti2O7系及びY2Ti2O7系）とFe系複合酸化物（MgFe2O4, ZnFe2O4など）について、異種元素添加による微細構造制御及び電気的特性の評価を行う。光殺菌能評価では、Bi系複合酸化物を用いて、光触媒活性の評価を行う。
（問題点及び対応策）
研究分担者（光殺菌能評価担当）が配置換えにより、部署異動となった。MB（メチレンブルー）色素や揮発性有機化合物（VOCs, イソプロパノール等）の光分解等の光触媒活性の評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
研究を遂行する上での大きな問題点は、生じていない。
（使用計画）
試薬等の消耗品代として使用予定。
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