単分散チタニアナノ粒子のサイズ・形態制御と光触媒活性

单分散二氧化钛纳米粒子的尺寸/形态控制和光催化活性

基本信息

批准号：
15760494
负责人：
小島隆
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Chiba University (2004-2005)Tohoku University (2003)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度においては、昨年度までに合成を可能としている精密にサイズ・形態が制御されたアナターゼ型の結晶構造を有する針状チタニアナノ粒子を用い、その光触媒活性と形態・吸着特性の関連に関する研究を行った。また、さらなる応用展開を目的として、調製した粒子を用いた多孔体および多孔性薄膜の作製を行った。昨年度までに、チタンの水酸化物ゲルを原料としたチタニア粒子の水熱合成時に、吸着剤および種結晶粒子を投入することにより、針状または立方体状への粒子の形態制御、粒径の制御を可能としている。また、特に(100)面を選択的に広げた針状粒子が環境浄化材料として大変有用であることを見出している。本年度においては、形状および連続的に粒径を制御したチタニア粒子をそれぞれ合成し、その比表面積、メチレンブルーの吸着特性および光分解能の結晶面依存性を詳細に検討した。結果として、ナノ粒子においても他の系と同様に光触媒活性自体の結晶面依存性は小さく、粒子の比表面積や、メチレンブルーの吸着特性により大きく依存することが見出された。また、調製した針状粒子を純水中に分散、粒子分散液のPHを変化させて吸引ろ過を行うことにより、針状チタニア粒子を骨材とした多孔体の作製も試みた。等電点から離れ、かつイオン強度が比較的低いpH9近辺の、粒子間に反発が生じやすい条件に調整した粒子分散液を用いた場合に、孔径分布が狭く、かつ割れや歪みの生じにくい多孔体を作製できた。基板上に同様の粒子分散液を滴下し、自然乾燥させることによって、多孔体膜の調製も可能であった。得られた多孔体の孔径は、用いる針状粒子の粒径を変化させることによって、数十〜数百nmの間で調整が可能であり、熱処理によって孔径を変えることなく強度を向上させることも出来た。

本财年，我们利用去年合成的具有锐钛矿型晶体结构的针状二氧化钛纳米粒子，对光催化活性、形态和吸附性能之间的关系进行了研究，该纳米粒子的尺寸和形态受到精确控制。此外，为了进一步开发应用，使用所制备的颗粒制备了多孔体和多孔薄膜。直到上个财年，我们在以氢氧化钛凝胶为原料的水热合成二氧化钛颗粒过程中，已经能够将颗粒形状控制为针状或立方体形状，并通过添加吸附剂和晶种颗粒来控制颗粒尺寸。是可能的。我们还发现，具有选择性扩展的（100）平面的针状颗粒作为环境净化材料特别有用。今年，我们合成了形状和粒径连续控制的二氧化钛颗粒，并详细研究了它们的比表面积、亚甲基蓝吸附特性和光分辨率的晶面依赖性。结果发现，在纳米粒子中，与其他体系一样，光催化活性本身对晶面的依赖性很小，而更多地依赖于粒子的比表面积和亚甲基蓝的吸附性能。我们还尝试通过将制备的针状颗粒分散在纯水中、改变颗粒分散液的pH值并进行抽滤来制造使用针状二氧化钛颗粒作为聚集体的多孔体。当使用调节至远离等电点且离子强度相对较低的pH值9左右的条件的颗粒分散液时，颗粒之间容易发生排斥，因此可以获得具有窄孔径分布的多孔颗粒并且能够抵抗破裂或变形。还可以通过将类似的颗粒分散体滴到基材上并使其风干来制备多孔膜。通过改变所使用的针状粒子的粒径，可以将所得多孔材料的孔径调整为数十～数百nm，并且可以在不改变孔径的情况下通过热处理来提高强度。