JP2004167370A - 高活性光触媒炭素ドープ二酸化チタンとその作製方法 - Google Patents

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永樹 崔
Tsutomu Umebayashi
励 梅林
Haruya Yamamoto
春也 山本
Shigeru Tanaka
茂 田中
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Abstract

【課題】作製された事例のない炭素ドープされたＴｉＯ２からなる光触媒材料及びその作製法である。
【解決手段】炭化チタンを空気もしくは酸素雰囲気中で焼成することにより高活性光触媒炭素ドープ二酸化チタンからなる光触媒材料の作製する。その炭化チタンの焼成条件により、炭化チタンからアナターゼ型又はルチル型の二酸化チタンからなる光触媒材料が作製される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素ドープＴｉＯ２光触媒材料とその作製方法に関するものである。さらに詳しくは、ＴｉＣを空気中もしくは酸素雰囲気中にて高温で焼成する事によって得られる光触媒材料とその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＴｉＯ２は光触媒材料として様々な技術への利用が試みられてきた。現在でも、光触媒性能を向上させることを目的として、不純物を同化合物に対してドープする研究が盛んに行われている。
【０００３】
最近の研究では、ＴｉＯ２に対する非金属ドープに注目が集まっている。特開２００１−２０５１０３では、窒素をドープすることにより、ＴｉＯ２の光吸収帯が紫外域から可視域まで拡大し、結果として、可視光下でも光触媒性能を持つ材料の開発に成功したと報告されている。また、硫黄をドープした場合も同様の効果が得られる（特願２００２−１６１０６９）。さらに、フッ素ドープＴｉＯ２では、光応答性が向上するとともに光触媒性能が改善するといわれている。このように、ＴｉＯ２への非金属ドープは当該物質の光触媒性能を向上させる働きを有する事が示されており、非金属元素Ｃに対しても同様の効果が期待できる。しかしながら、Ｃドープ ＴｉＯ２が作製されたという例は存在しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に基づいてなされており、作製された事例のない炭素ドープＴｉＯ２の作製を可能にするものである。本発明の課題は炭素ドープＴｉＯ２とその作製法を提供する事である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するものとして、ＴｉＣを焼成して得られる光触媒材料とその作製法を提供する。詳しくは、温度３００〜８００ ℃にて、空気もしくは酸素雰囲気中でＴｉＣを焼成する製造法をその態様としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明が提供する光触媒材料は、上記のとおり、ＴｉＣを焼成することによって得られるものである。本発明でのＴｉＣの焼成方法には特に制限はなく、電気炉などにて、空気中もしくは酸素雰囲気中で行なわれる。焼成温度は３００〜８００ ℃（好ましくは３５０ ℃前後）、時間は１〜 ２００時間（好ましくは１００時間前後）である。
【０００７】
本発明で用いるＴｉＣの形状にも特に制限はないが、粉末が好ましい。粉末ならば粒径が制御されたものが市販されている。
【０００８】
【実施例】
以下、実施例を示し、さらに本発明について詳しく説明する。
（実施例１）
空気中にて３５０℃で１００時間だけ、ＴｉＣ粉末（粒径：０．９〜１．５μｍ）を熱処理した。得られた粉末結晶とＴｉＣ粉末結晶とのＸ線回折 （ＸＲＤ） パターンの相違を図１に示す。図１の（ａ）は、炭化チタン（ＴｉＣ）を３５０℃で、１００時間熱処理して得られた粉末のＸＲＤ測定結果であり、図１の（ｂ）は、純粋なＴｉＣのＸＲＤ測定結果である。ＸＲＤの結果より、ＴｉＣが酸化されアナターゼ型ＴｉＯ２に変化したことが明らかになった。
【０００９】
元素分析装置が備え付けられた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ／ＥＤＸ）測定によって、純粋なＴｉＯ２と比較して、本発明により作製したＴｉＯ２には２〜３倍の炭素が存在していることが分かった。以上の結果より、炭素ドープアナターゼＴｉＯ２が作製できたことが示された。
【００１０】
炭素ドープアナターゼＴｉＯ２と純粋なアナターゼＴｉＯ２に対する水の分解実験の結果を図２に示す。水の分解実験は、純水４００ ｍｌに各々の試料（１ｇ）を入れ、ＵＶランプ照射（光源：３００ ＷのＵＶランプ）中に生成される水素の量をガスクロマトグラフィーによって測定することにより行った。この実験の結果より、炭素ドープアナターゼ型 ＴｉＯ２が純粋な未ドープＴｉＯ２よりも高い光触媒性能を持つことが明らかになった。
【００１１】
図２の（ａ）は、ＴｉＣの焼成から作製された炭素ドープアナターゼ型ＴｉＯ２の紫外光照射時間に対する水の分解によって生成する水素の生成量を示し、また、図２の（ｂ）は、純粋なアナターゼ型ＴｉＯ２の紫外光照射時間に対する水の分解によって生成する水素の生成量を示している。
【００１２】
（実施例２）
ＴｉＣ粉末を空気中にて８００℃で２時間の熱処理後に得られた粉末結晶は、ＸＲＤ パターンよりルチル型二酸化チタンであることが明らかとなった。それに続く、試料の元素分析からも、純粋な二酸化チタンと同じルチル型の酸化チタンの作製ができたことを確認した。
【００１３】
【発明の効果】
１．ＴｉＣを空気中で熱処理することによって、炭素ドープアナターゼ型ＴｉＯ２という新しい光機能材料を創製した。
【００１４】
２．炭素ドープアナターゼ型 ＴｉＯ２は、従来の市販用のアナターゼ型ＴｉＯ２より単位重量当たりで高い光触媒性能を持ち、新たな高活性光触媒材料として有効である。
【００１５】
３．ＴｉＣの焼成温度と焼成時間の変化によってルチル型とアナターゼ型酸化チタンを別々に作製することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化チタン（ＴｉＣ）を３５０℃で、１００時間熱処理した後の試料（ａ）と純粋なＴｉＣ（ｂ）のＸＲＤ測定結果を示す図である。
【図２】ＴｉＣの焼成から作製された炭素ドープアナターゼ型ＴｉＯ２ （ａ）と純粋なアナターゼ型ＴｉＯ２ （ｂ）の水分解実験結果を示す図である。

Claims (3)

  1. 二酸化チタンに炭素をドープすることによって得られる高活性光触媒炭素ドープ二酸化チタンからなる光触媒材料。
  2. 炭化チタンを空気もしくは酸素雰囲気中で焼成することにより高活性光触媒炭素ドープ二酸化チタンからなる光触媒材料の作製方法。
  3. 炭化チタンの焼成条件により、炭化チタンからアナターゼ型又はルチル型の炭素ドープ二酸化チタンからなる光触媒材料が作製される請求項２記載の方法。
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