固液界面における光触媒プロセスの研究

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〔研究テーマ〕TiO_2/SiO_2系ナノファイバー光触媒の研究TiO_2/SiO_2系ナノコンポジットファイバーは高い光触媒特性と熱安定性および低熱膨張特性が期待できる優れた材料である。従来の手法で作製される同ファイバーはTiO_2の結晶性が低いため十分な光触媒特性が出ない、またファイバーの機械的強度が弱いなどの問題があった。そこで、これらの問題を改善すべくTiO_2源として日本エアロジル製P-25とSiO_2源としてTEOS(Tetraethoxysilane)の複合ゾルを用いて、エレクトロスピニング法によるTiO_2/SiO_2ナノコンポジットファイバーについて研究を行った。エレクトロスピニング法は特に極細径のポリマーファイバーの作製法として用いられており、無機系化合物のナノファイバー作製などにも応用されている。TiO_2ナノ粒子およびPVP(polyvinylpyrolidone)をエタノールに分散させ、またSiO_2源としてTEOSとPDMS(polydimethylsiloxane)のエタノール溶液を作成し、Ti:Siの比が1:2になるように混合し、エレクトロスピニング用溶液とした。その溶液を用いてエレクトロスピニング法により20KVの電圧を印加しナノファイバーを作製した。その結果、高い機械的強度を有するSi-O-Si結合鎖で構成されるSiO_2ファイバーにTiO_2ナノ粒子が埋め込まれた構造を持つ径500nm〜700nmのSiO_2/TiO_2ナノコンポジットファイバーが得られた。得られたファイバーについて硝酸銀による光触媒活性評価およびアセトアルデヒドの光分解による光触媒活性評価試験の結果、優れた光触媒活性を有することが解った。特にアセトアルデヒドの光分解反応においては、ファイバー形状にすることで、同様の手法で作製されたフィルムと比較して、約15倍の光触媒活性向上があることが解った。この技術の応用として、可視光応答化を図るため銀ドープTiO_2ベースナノファイバーについて研究を進めた。Ag:Ti比を1:50とし、同様にエレクトロスピニング法により銀ドープTiO_2ナノファイバーを作製した。得られた銀ドーブナノファイバーにUV照射と可視光照射を繰り返すことによりAg←→Ag_2Oの可逆反応が生じるという興味ある結果が得られた。