ソルボサーマル反応による可視光応答型光触媒の創製と特性評価

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750660
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 殷 しゅう 東北大学, 多元物質研究所, 講師 (40271994)
• Keywords: 酸化チタン / 窒素ドーピング / 光触媒 / 可視光応答性 / 均一沈殿 / ソルボサーマル反応 / メカノケミカル処理

Research Abstract

可視領域における酸化チタン光触媒活性を実現するため、酸素欠損及び窒素ドープによる酸化チタンの可視光応答性の付与が注目されている。H14年度では、TiCL_3溶液前駆体を尿素(N_2H_4CO)及びヘキサメチレンテトラミン(C_6H_<12>N_4)等の水溶液と均一に混合し、"均一沈殿-水熱処理"プロセスにより、酸化チタンを沈殿させ、結晶化を行うことによって、可視光領域に光吸収特性を示す結晶性酸化チタン光触媒を合成できることを見出した。H15年度では引き続き反応条件の最適化すると共に、結晶化溶媒の影響、つまり、"均一沈殿-ソルボサーマル処理"プロセスについて詳しく検討を行った。水の代わりに、アルコール等の有機溶媒を用いることによって、触媒粉末の高比表面積化できることと共に、アナターゼ、ルチル及びブルブルッカイトなどの単一相窒素ドープ酸化チタンの合成に成功し、可視光照射によるさらなる光触媒活性の向上が実現した。合成した窒素ドープ酸化チタンナノ粒子の触媒活性を評価したところ、市販高活性光触媒P-25に比べ、NO_xの分解除去能力は大幅に向上することが確認された。波長510nm以上の可視光によるNO_xの分解率は約40%に達し、波長290nm以上の近紫外線によるNO_xの分解率は80%にも達した。さらに、合成した光触媒の熱安定性も優れており、600℃以上の熱処理を施しても、優れた可視光吸収と光触媒活性を維持していた。これらの結果によって、ソルボサーマル反応による優れた可視光応答型光触媒の設計指針を明らかにすることができた。尚、メカノケミカル処理によるアニオンドープ型可視光応答型光触媒の調製についても検討を行った。

Research Products

• [Publications] S.Yin, Q.Zhang, F.Saito, T.Sato: "Preparation of Visible-Light Active Titania Photocatalyst by Mechanochemical Method"Chemistry Letters. 32・4. 358-359 (2003)
• [Publications] S.Yin, Y.Aita, Q.He, Q.Tang, T.Sato: "Synthesis and Characterization of Colored Titania by Soft Solution Process"Transactions of Materials Research Society of Japan. 28. 309-312 (2003)
• [Publications] S.Yin, H.Yamaki, M.Komatsu, Q.Zhang, J.Wang, Q.Tang, F.Saito, T.Sato: "Preparation of Nitrogen Doped Titania with High Visible Light Induced Photocatalytic Activity by Mechanochemical Reaction of Titania and Hexamethylenetetramine"Journal of Materials Chemistry. 13. 2996-3001 (2003)
• [Publications] S.Yin, H.Hasegawa, D.Maeda, M.Ishitsuka, T.Sato: "Synthesis of Visible-Light-Active Nanosize Rutile Titania Photocatalyst by Low Temperature Dissolution-Reprecipitation Process"Journal of Photochemical and Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. 162(印刷中). (2004)
• [Publications] S.Yin, Y.Aita, M.Komatsu, J.Wang, Q.Tang, T.Sato: "Photochemical Properties of Titania Nanocrystals Prepared by Hydrothermal Process in Urea Solution"Transactions of Materials Research Society of Japan. 29(印刷中). (2004)