金属イオンをドープした高活性な可视光応答型酸化チタンの合成
平成29年6月27日掲载
大学院理工学研究科 博士后期课程2年 西山尚登
【利用施设】机器分析実験施设
无机半导体光触媒である酸化チタン(罢颈翱2)は、紫外光照射时のみ、伝导帯に电子が励起することで、価电子帯に强力な酸化力を有するホールを生じる。このホールにより环境汚染物质である有机物の酸化分解し无害化する。しかし、紫外光は、太阳光に约3%しか含まれていない。太阳光有効利用の観点から、可视光応答型光触媒の开発が望まれている。我々は、透析によるゾルの精製过程を导入した新规ゾルーゲル法によって、高比表面积を有する罢颈翱2の合成法を确立している。得られた罢颈翱2ゾルに金属イオンを添加するだけで、可视光応答型罢颈翱2(M-TiO2)の合成が简単できる。
この合成法を利用し、白金、クロム、铜イオンをドープした多孔质な可视光応答型罢颈翱2を合成(笔迟-罢颈翱2、颁谤-罢颈翱2、颁耻-罢颈翱2)し、难分解性である4-クロロフェノール(4-颁笔)の分解活性を评価した。透析水中に溶出した金属イオン浓度を机器分析実験施设の诱导结合プラズマ－原子発光分析装置(滨颁笔-础贰厂)を用いて定量し、罢颈翱2に取り込まれた金属イオン量を见积もった。
Fig. 1に、ICP-AES測定により求めた透析水中への金属イオンの溶出除去率を示す。透析水中への金属イオンの溶出率はCu > Cr > Ptイオンの順に高く、この結果は、各金属イオンが形成する錯イオンとTiO2の表面電荷の間の静電的相互作用や金属イオンのイオン半径の違いによるとわかった。さらに、2017年に新しく導入されたICP-AESでは、以前の装置よりも検出感度が上昇し、ドープ量が少ない場合の効果を調査できるようになった。Fig. 2 に可視光照射90分後における4-CPの分解効率を示す。4-CPの分解効率はPt > Cr > Cuイオンの順であった。様々な反応条件下で合成したM-TiO2中の金属イオンドープ量を滨颁笔-础贰厂により定量することで、ドープメカニズムを解明することができた。
これらの成果について、以下の2件が国际誌に掲载済みである。
N. Nishiyama, Y. Fujiwara, K. Adachi, K. Inumaru, S. Yamazaki, ?Preparation of porous metal-ion-doped titanium dioxide and the photocatalytic degradation of 4-chlorophenol under visible light irradiation?, Applied catalysis B: Environmental, 176-177, 347-353, 2015, N. Nishiyama, K. Kozasa, S. Yamazaki, ?Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol on titanium dioxide modified with Cu(II) or Cr(III) ion under visible light irradiation?, Applied catalysis A: General, 527, 109-115，2016，2件とも査読有
