新奇コア-シェル型光触媒の合成と機能

新型核壳光催化剂的合成及功能

基本信息

批准号：
20037047
负责人：
池田茂
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

空気中などの酸素が存在する条件で酸化チタン(TiO_2)粉末に光を照射すると、その光触媒作用によって、TiO_2表面に吸着した有機化合物が酸化される。このTiO_2による非選択的な光触媒酸化反応は、有害な有機物質の分解、除去のための利用がすすめられている。その一方で、有機素材と組み合わせて用いる場合には、TiO_2の光触媒作用によって素材そのものを劣化させるデメリットもある。われわれは、TiO_2微粒子を多孔性シリカなどの中空状粒子内に閉じ込めたコアーシェル構造とすることで、元のTiO_2がもつ反応性と、分解対象となる物質だけが選択的に反応する分子サイズ選択性の両機能をもつ光触媒材料となることを見いだした。また、シリカシェル部の厚さ、中空部分のサイズなどを精密に制御したコアー中空シェル構造の作製と、これらの気相系光触媒反応における活性評価を中心に検討を行った結果、反応系によっては、中空構造を持たせることで炭酸ガスへの完全酸化反応が促進されることを明らかにしてきた。本年度は、中空構造による完全酸化促進効果について詳しく検討した。いくつかの反応結果を解析したところ、反応中間体が中空部分の濃縮効果されることでコアのTiO_2表面への衝突頻度が増大する結果、完全酸化反応が促進されるとの解釈を得た。光触媒コアと中空シェルとの協奏的な作用による活性促進が達成されたといえる。また、希薄な有害物が分解対象となる実用途においても有効な光触媒となると期待される。

当二氧化钛（TiO_2）粉末在氧气存在下（例如在空气中）受到光照射时，吸附在TiO_2表面的有机化合物通过光催化作用被氧化。这种使用TiO_2的非选择性光催化氧化反应被推荐用于分解和去除有害有机物质。另一方面，当与有机材料组合使用时，存在材料本身由于TiO_2的光催化作用而劣化的缺点。通过将TiO_2细颗粒限制在多孔二氧化硅等中空颗粒内的核壳结构，我们实现了原始TiO_2的反应性和仅允许分解目标物质选择性反应的分子尺寸选择性。发现该材料可以作为兼具这两种功能的光催化材料。此外，我们的研究重点是精确控制二氧化硅壳部分的厚度、中空部分的尺寸等的核-空心-壳结构的制造，以及活性的评价在这些气相光催化反应中，我们发现，根据反应体系，通过提供中空结构可以促进二氧化碳气体的完全氧化反应。今年，我们详细研究了中空结构对促进完全氧化的影响。对一些反应结果进行分析后认为，反应中间体集中在中空部分，增加了与核TiO_2表面的碰撞频率，从而促进了完全氧化反应。可以说，活化是通过光催化核和空心壳的协同作用来实现的。它也有望成为分解稀释有害物质的实际应用中的有效光催化剂。