パノスコピック形態制御による新型実用高効率光触媒の開発および環境浄化への応用

全景形控新型实用高效光催化剂的研制及其在环境净化中的应用

基本信息

批准号：
08J07574
负责人：
張沛霖
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロ波水熱法による窒素ドープ酸化チタン(TiO_<2-x>N_y)の合成および窒素ドープ酸化チタンとアタパルジャイト(粘土)の複合効果について検討した。高い加熱効率を持ち、反応時間と消費エネルギーの削減ができ、環境に優しいマイクロ波水熱法を用いて、TiO_<2-x>N_yを調製した。塩化チタン(TiCl_3)とヘキサンメチレンテトラアミン(HMT)を出発原料として用い、TiO_<2-x>N_yを合成し、光触媒特性に及ぼす反応条件の影響を調べた。その結果、反応に用いるHMTの量が生成物の結晶構造に大きな影響を与えることを見出し、反応条件を制御することにより、アナターゼ、ルチル、ブルッカイト等の異なる結晶構造を持つTiO_<2-x>N_yの選択合成が可能であることを示した。また、反応溶媒を水からエタノールに切り替えると、10nmぐらいのロッド状粒子や、直径約550nmの球状粒子の合成も可能であった。合成されたサンプルは高い比表面積を持ち、優れたDeNO_x活性を示した。得られた試料のうち、ルチルとアナターゼの混合相のTiO_<2-x>N_yが一番高い光触媒活性を示したが、これは異なる結晶相の粒子間の電子移動による電子-正孔の再結合抑制効果と考えられる。TiO_<2-x>N_yとアタパルジャイト(attapulgite)の複合化は水熱法、水中混合法、と乾式乳鉢混合法で試みた。水熱法では、attapulgite粉末をTiCl_3とHMTの混合溶液に分散させた後、水熱反応を行った。一方、水中混合法と乾式乳鉢混合法では、予め合成したTiO_<2-x>N_y粉末とattapulgiteとを混合した。SEMおよびTEM観察の結果により、いずれの手法で得られたサンプルでも、TiO_<2-x>N_yナノ粒子が針状attapulgite粒子上によく分散していることが確認された。Attapulgiteに僅か10wt.%のTiO_<2-x>N_yを添加することにより、光触媒活性が大幅に上昇し、更に25wt.%まで増やすと、単独のTiO_<2-x>N_yに匹敵する高いDeNO_x活性を示した。これは、attapulgiteの高い吸着能とTiO_<2-x>N_yのナノ粒子の高分散性に起因すると考えられる。アタパルジャイトは非常に安価で、既に建築材料として使用されており、TiO_<2-x>N_yとの複合化により、安価で優れた可視光応答光触媒活性を持つ材料として利用できると考えられる。

我们通过微波水热法研究了氮掺杂的氧化钛（TIO_ <2-x> n_y）的合成，以及氮掺杂的氧化钛和attapulgite（粘土）的综合作用。使用环保的微波水热法制备TIO_ <2-X> n_y，该方法具有较高的加热效率，可减少反应时间和能耗。使用氯化钛（TICL_3）和己烷 - 甲基环胺（HMT）合成TiO_ <2-X> N_Y作为起始材料，并研究了反应条件对光催化特性的影响。结果，发现反应中使用的HMT量对产物的晶体结构具有重大影响，并且可以通过控制反应条件来实现TiO__ <2-x> n_y的选择性合成TiO_ <2-x> n_y，例如剖析酶，金红石和溪流。此外，当反应溶剂从水转换为乙醇时，可以合成直径约为10 nm的杆状颗粒，直径约为550 nm的球形颗粒。合成的样品具有较高的特异性表面积，并且表现出极好的DENO_X活性。在获得的样品中，在金红石和解剖酶的混合阶段中TiO_ <2-x> n_y显示出最高的光催化活性，这被认为是抑制电子孔重组的作用，这是由于电子孔转移而导致的，这是由于不同晶体相的颗粒之间的颗粒。使用水热，水混合和干砂浆混合，尝试了TIO_ <2-x> n_y和attapulgite的复合材料。在水热法中，将attapulgite粉末分散在TICL_3和HMT的混合溶液中，然后进行热液反应。另一方面，在水混合方法和干砂浆混合方法中，将预先合成的TiO_ <2-X> n_y粉末和attapulgite混合在一起。 SEM和TEM观测值的结果证实，TiO_ <2-X> n_y纳米颗粒很好地分散在通过这两种方法获得的样品中。仅添加10 wt。％tio_ <2-x> n_y以显着增加光催化活性，当增加到25 wt。％时，它显示出与单个Tio_ <2x> n_y相当的较高的DENO_X活性。这被认为是由于attapulgite的高吸附能力和TiO_ <2-x> n_y纳米颗粒的高分散性。 Atapalgite非常便宜，已经用作建筑材料，并且通过将其与TiO_ <2-x> n_y结合使用，人们认为它可以用作具有出色可见光的光响应光催化活性的材料。