単分散チタニアナノ粒子のサイズ・形態制御と光触媒活性

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本年度においては、昨年度までに合成を可能としている精密にサイズ・形態が制御されたアナターゼ型の結晶構造を有する針状チタニアナノ粒子を用い、その光触媒活性と形態・吸着特性の関連に関する研究を行った。また、さらなる応用展開を目的として、調製した粒子を用いた多孔体および多孔性薄膜の作製を行った。昨年度までに、チタンの水酸化物ゲルを原料としたチタニア粒子の水熱合成時に、吸着剤および種結晶粒子を投入することにより、針状または立方体状への粒子の形態制御、粒径の制御を可能としている。また、特に(100)面を選択的に広げた針状粒子が環境浄化材料として大変有用であることを見出している。本年度においては、形状および連続的に粒径を制御したチタニア粒子をそれぞれ合成し、その比表面積、メチレンブルーの吸着特性および光分解能の結晶面依存性を詳細に検討した。結果として、ナノ粒子においても他の系と同様に光触媒活性自体の結晶面依存性は小さく、粒子の比表面積や、メチレンブルーの吸着特性により大きく依存することが見出された。また、調製した針状粒子を純水中に分散、粒子分散液のPHを変化させて吸引ろ過を行うことにより、針状チタニア粒子を骨材とした多孔体の作製も試みた。等電点から離れ、かつイオン強度が比較的低いpH9近辺の、粒子間に反発が生じやすい条件に調整した粒子分散液を用いた場合に、孔径分布が狭く、かつ割れや歪みの生じにくい多孔体を作製できた。基板上に同様の粒子分散液を滴下し、自然乾燥させることによって、多孔体膜の調製も可能であった。得られた多孔体の孔径は、用いる針状粒子の粒径を変化させることによって、数十〜数百nmの間で調整が可能であり、熱処理によって孔径を変えることなく強度を向上させることも出来た。