固液界面における光触媒プロセスの研究

固液界面光催化过程研究

基本信息

批准号：
04F04565
负责人：
藤嶋昭
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kanagawa Academy of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

〔研究テーマ〕TiO_2/SiO_2系ナノファイバー光触媒の研究TiO_2/SiO_2系ナノコンポジットファイバーは高い光触媒特性と熱安定性および低熱膨張特性が期待できる優れた材料である。従来の手法で作製される同ファイバーはTiO_2の結晶性が低いため十分な光触媒特性が出ない、またファイバーの機械的強度が弱いなどの問題があった。そこで、これらの問題を改善すべくTiO_2源として日本エアロジル製P-25とSiO_2源としてTEOS(Tetraethoxysilane)の複合ゾルを用いて、エレクトロスピニング法によるTiO_2/SiO_2ナノコンポジットファイバーについて研究を行った。エレクトロスピニング法は特に極細径のポリマーファイバーの作製法として用いられており、無機系化合物のナノファイバー作製などにも応用されている。TiO_2ナノ粒子およびPVP(polyvinylpyrolidone)をエタノールに分散させ、またSiO_2源としてTEOSとPDMS(polydimethylsiloxane)のエタノール溶液を作成し、Ti:Siの比が1:2になるように混合し、エレクトロスピニング用溶液とした。その溶液を用いてエレクトロスピニング法により20KVの電圧を印加しナノファイバーを作製した。その結果、高い機械的強度を有するSi-O-Si結合鎖で構成されるSiO_2ファイバーにTiO_2ナノ粒子が埋め込まれた構造を持つ径500nm〜700nmのSiO_2/TiO_2ナノコンポジットファイバーが得られた。得られたファイバーについて硝酸銀による光触媒活性評価およびアセトアルデヒドの光分解による光触媒活性評価試験の結果、優れた光触媒活性を有することが解った。特にアセトアルデヒドの光分解反応においては、ファイバー形状にすることで、同様の手法で作製されたフィルムと比較して、約15倍の光触媒活性向上があることが解った。この技術の応用として、可視光応答化を図るため銀ドープTiO_2ベースナノファイバーについて研究を進めた。Ag:Ti比を1:50とし、同様にエレクトロスピニング法により銀ドープTiO_2ナノファイバーを作製した。得られた銀ドーブナノファイバーにUV照射と可視光照射を繰り返すことによりAg←→Ag_2Oの可逆反応が生じるという興味ある結果が得られた。

[研究主题] TiO_2/SiO_2基纳米纤维光催化剂研究 TiO_2/SiO_2基纳米复合纤维是一种优异的材料，有望具有高光催化性能、热稳定性和低热膨胀性能。传统方法制备的纤维由于TiO_2结晶度低而存在光催化性能不足、纤维机械强度弱等问题。因此,为了改善这些问题,我们以Nippon Aerosil P-25为TiO_2源、TEOS(四乙氧基硅烷)为SiO_2源的复合溶胶,采用静电纺丝法对TiO_2/SiO_2纳米复合纤维进行了研究。静电纺丝特别用作生产超细聚合物纤维的方法，并且也应用于无机化合物纳米纤维的生产。将TiO_2纳米颗粒和PVP(聚乙烯吡咯烷酮)分散在乙醇中，制备作为SiO_2源的TEOS和PDMS(聚二甲基硅氧烷)的乙醇溶液，混合使得Ti:Si比率为1:2，并用于静电纺丝。制成溶液。使用该溶液，施加20KV的电压，通过静电纺丝方法制造纳米纤维。结果得到直径为500 nm~700 nm的SiO_2/TiO_2纳米复合纤维,其结构为TiO_2纳米颗粒嵌入由Si-O-Si键链组成的SiO_2纤维中,具有较高的机械强度。使用硝酸银和乙醛光分解进行的光催化活性评价试验的结果表明，所获得的纤维具有优异的光催化活性。特别是，在乙醛的光分解反应中，发现通过将膜制成纤维状，与使用类似方法制备的膜相比，光催化活性提高了约15倍。作为该技术的应用，我们对银掺杂的TiO_2基纳米纤维进行了研究，以使其对可见光做出响应。采用静电纺丝法同样制备银掺杂TiO_2纳米纤维，Ag:Ti比例为1:50。通过用紫外光和可见光反复照射银掺杂纳米纤维，得到了一个有趣的结果，其中发生了Ag←→Ag_2O的可逆反应。