超臨界クラスターによる遮蔽効果を利用した可視光応答チタニアの創製と水処理への応用

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これまでの研究成果において、超臨界ゾルゲル反応により、高い比表面積が期待される針状の酸化チタンの形成条件を確立した。また、光触媒活性が、可視光応答性よりも再結合を抑制するアナターゼ・ルチル混合相結晶に大きく依存することが確認された。そこで本年度の研究は、①チタニア前駆体種や焼成条件が混合相結晶に与える影響を把握し、高比表面積かつ混合相結晶を有する酸化チタンを開発した。また、②合成した酸化チタンに対し、比表面積や混合相結晶が光触媒活性に与える影響を把握し、操作因子による光触媒活性の制御を図った。① 長鎖や二重結合を有する前駆体種を用いた酸化チタンは、短鎖の前駆体種と比べ、低温下の焼成により混合相が現れることが確認された。また、空気雰囲気下よりもアルゴン雰囲気下の焼成操作を行うことで、混合相がより低温下で現れることが明らかとなった。titanium tetrabutoxideを前駆体種として用い、アルゴン雰囲気の焼成を施したものは、混合相結晶かつ比表面積が63m2/gであった。これは、光触媒として広く用いられているP25の比表面積よりも高いことから、高い光触媒活性が期待される。② ①により作製したアナターゼ・ルチル混合相を有する酸化チタンの光触媒活性を、メチレンブルー(MB)を用いた可視光照射による分解実験により評価を行った。高い比表面積を有するP25は水溶液中の分散性が悪く、MBをほとんど吸着していなかった。一方、titanium ethylhexoxideを用いた超臨界ゾルゲル反応により作製した酸化チタンは、水溶液中の分散性が良く、高いMB吸着性と分解速度定数を有していた。さらに前駆体濃度を大きくすることで、P25の約2.4倍のMB分解速度定数を示した。以上の研究結果から、水浄化技術の応用に向けた、高い光触媒活性を有する酸化チタンの合成および制御の可能性を示した。