イオン工学的手法を利用する酸化物半導体薄膜・単結晶の光触媒特性の制御

利用离子工程方法控制氧化物半导体薄膜和单晶的光催化性能

基本信息

批准号：
10131262
负责人：
小野武彦
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酸化チタン光触媒は環境調和型触媒として水中の微量有機有害物質の分解除去や大気中のNOx除去などの環境浄化用触媒として注目されているが、大規模な光触媒プロセスの実用化には利用に適した形態の光触媒の構築と光触媒のさらなる高活性化が望まれる。本研究では、ドライなプロセスとしてのクラスターイオンビーム(ICB)法を用いて多孔性ガラス(PVG)基板上に、高活性かつ透明な薄膜酸化チタン光触媒を調製することを検討し、さらに、イオン注入法の適用により可視光を吸収し可視光照射下で高効率に機能する薄膜状の酸化チタン光触媒の調製を目指した。また、調製した光触媒のNOの直接分解反応における光触媒活性の評価を行った。ICB法を用いることによりPVG上に膜厚を任意に制御して均一かつ透明な薄膜状の酸化チタン光触媒を調製することに成功した。薄膜酸化チタン光触媒のUV-VISおよびXAFS測定により、膜厚が300nm以下の極めて薄い試料でさえも結晶性の良い均一なアナタース型の酸化チタン層が形成されていることがわかった。NO存在下で薄膜酸化チタンを紫外光(λ>270nm)照射するとNOの光触媒分解反応が進行し、N_2とO_2およびN_2Oが生成した。また、イオン注入法により薄膜状酸化チタン光触媒にCrイオンを注入すると、Crイオンの注入量に依存して薄膜状酸化チタンの吸収全体が長波長側にシフトし可視光化が出来ることを見いだした。さらに、NO存在下Crイオンを注入した薄膜酸化チタンを可視光(λ>450nm)で照射するとNOの光触媒分解反応が進行し、光照射時間に比例してN_2とO_2およびN_2Oが生成した。これらの研究結果より、ICB法やイオン注入法などイオン工学的手法を触媒調製段階に用いることで実用に適した形態を有し、可視光を吸収し可視光で機能する薄膜状の酸化チタン光触媒の調製が可能であることを明らかにした。これらの成果は、可視光で機能する薄膜状酸化チタンの大規模実用化への道を拓くものであるといえる。

氧化钛光催化剂作为用于环境净化的环保催化剂而受到关注，例如分解和去除水中的微量有机有害物质以及去除大气中的NOx，但它们并不适合在大规模光催化过程中实际使用。人们期望构建一种新型的光催化剂并进一步提高光催化剂的活性。在这项研究中，我们研究了使用簇离子束（ICB）方法作为干法在多孔玻璃（PVG）基底上制备高活性和透明的薄膜氧化钛光催化剂，并通过应用该方法，我们的目标是制备出薄的薄膜二氧化钛光催化剂。薄膜状氧化钛光催化剂吸收可见光，在可见光照射下高效发挥作用。我们还评估了所制备的光催化剂在直接 NO 分解反应中的光催化活性。通过ICB方法，我们成功地在PVG上制备了均匀透明的薄膜状氧化钛光催化剂，膜厚任意控制。薄膜氧化钛光催化剂的UV-VIS和XAFS测量表明，即使在膜厚为300 nm以下的极薄样品中，也可以形成具有良好结晶度的均匀锐钛矿型氧化钛层。当二氧化钛薄膜在NO存在下用紫外光（λ>270nm）照射时，NO发生光催化分解反应，生成N_2、O_2和N_2O。我们还发现，当使用离子注入方法将 Cr 离子注入薄膜氧化钛光催化剂时，薄膜氧化钛的整个吸收根据注入的 Cr 离子的量而转移到更长的波长，从而使可见光成为可能。光。。此外,当注入Cr离子的薄膜氧化钛在NO存在下用可见光(λ>450nm)照射时,NO发生光催化分解反应,并与光成正比地生成N_2、O_2和N_2O。照射时间。基于这些研究成果，我们在催化剂制备阶段采用ICB法和离子注入法等离子工程方法，开发出了一种具有适合实际使用的形态、具有吸收和功能的薄膜状氧化钛光催化剂。据透露，在可见光下是可以制备的。这些成果可以说为可见光下起作用的薄膜氧化钛的大规模实际应用铺平了道路。