表面構造制御された可視光応答型硫黄ドープ二酸化チタン光触媒の開発

表面结构可控的可见光响应硫掺杂二氧化钛光催化剂的开发

基本信息

批准号：
15033240
负责人：
横野照尚
金额：
$ 3.46万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

1.硫黄および炭素カチオンドープによる可視光応答型二酸化チタン光触媒の開発光触媒の光の利用率を極限まで向上するために、通常では紫外光照射でしか活性を発現しない二酸化チタン粒子を可視光で活性を発現する触媒へ変換するための調製法の開発を行った。すでに研究代表者は硫黄カチオンを二酸化チタンにドープすることにより可視光照射下で活性を発現することを報告した。さらに、可視部の吸光係数を極限まで向上させることを目的としてそのほかのドープ元素について探索を行った。その結果、私は炭素原子を好気条件下で特殊な焼成用の反応器を用いて反応させることにより、通常アニオン状態にある炭素原子を酸化してカチオン状態とし、イオン半径を減少させることで二酸化チタンの結晶格子間に導入することを世界で初めて成功した。炭素カチオンをドープした二酸化チタン光触媒は、昨年、報告した硫黄元素をカチオン状態で二酸化チタン光触媒に導入したものに比べて可視光領域の吸収がさらに増大した。この粒子の吸光度は、現在市販されている窒素アニオンドープや格子欠陥型の可視光応答型二酸化チタンと比べて大きく増大した。また、メチレンブルーや2-プロパノールの酸化活性に関して検討したところ、350nm以上の紫外と可視領域の広い波長範囲の光照射下では、アナタース型の二酸化チタン光触媒に比べて数倍の触媒活性を示した。更に、400nm以上の可視光照射下では、アナタース型の二酸化チタン光触媒が全く触媒活性を示さないのに対して、炭素カチオンドープ二酸化チタン光触媒は、極めて高い触媒活性を示した。2.表面修飾型二酸化チタン光触媒の開発紫外光照射下では、二酸化チタン粒子の表面は超親水性の傾向を示す。このような特性は、水中で有害物質などの分解反応に対して、触媒表面と有害物質の親和性を低下させ、触媒活性の著しい低下をもたらす。このような問題を解決する目的で疎水性官能基を有するシランカップリング剤を用いて二酸化チタン粒子表面を修飾し、疎水性環境の構築を試みた。その結果、C4-C18の長さの炭化水素鎖で修飾することで疎水性のアルデヒドに関して分解活性が5倍程度向上することが明らかになった。

1. 掺杂硫和碳阳离子的可见光响应型二氧化钛光催化剂的开发为了最大限度地提高光催化剂的光利用率，通常只有在受到紫外线照射时才变得活跃的二氧化钛颗粒被可见光激活我们开发了一种转化为表达的催化剂的制备方法。主要研究人员已经报道，通过将硫阳离子掺杂到二氧化钛中，二氧化钛在可见光照射下变得活跃。此外，我们寻找其他掺杂元素，目的是最大化可见光区域的消光系数。结果，通过使用特殊的煅烧反应器在有氧条件下使碳原子发生反应，我将通常的阴离子碳原子氧化为阳离子状态，从而减小了离子半径，我们是世界上第一个成功地将二氧化钛引入晶格的人。。与去年报道的以阳离子状态引入硫元素的二氧化钛光催化剂相比，掺杂碳阳离子的二氧化钛光催化剂在可见光区域的吸收进一步增加。与目前市售的氮阴离子掺杂和晶格缺陷型可见光响应二氧化钛相比，这些颗粒的吸光度显着增加。此外，当我们研究亚甲基蓝和2-丙醇的氧化活性时，在紫外光和350 nm以上的宽波长范围的光照射下，其催化活性比锐钛矿型二氧化钛光催化剂高出数倍。可见区域。此外，在400nm以上的可见光照射下，锐钛矿型二氧化钛光催化剂没有表现出催化活性，而碳阳离子掺杂二氧化钛光催化剂表现出极高的催化活性。 2.表面改性二氧化钛光催化剂的开发二氧化钛颗粒的表面在紫外光照射下表现出超亲水的趋势。这种特性降低了催化剂表面与有害物质之间的亲和力，导致水中有害物质的分解反应，导致催化活性显着下降。为了解决这个问题，我们尝试通过使用具有疏水官能团的硅烷偶联剂对二氧化钛颗粒的表面进行改性来创建疏水环境。结果表明，C4-C18烃链修饰使疏水性醛的分解活性提高了约5倍。