【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NI1302
利用課題名 / Title
異種元素添加酸化チタン光触媒の低温合成
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋工業大学 / Nagoya Tech.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy,電子顕微鏡/ Electronic microscope,赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy,電子分光/ Electron spectroscopy,資源代替技術/ Resource alternative technology,分離・精製技術/ Separation/purification technology,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
本田 光裕
所属名 / Affiliation
名古屋工業大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
光触媒は、光吸収により空気や水の浄化・脱臭・抗菌や殺菌効果を示し、この作用は光触媒効果と呼ばれる。光触媒効果は、光吸収により生じる励起電子と正孔に起因することから、吸収できる光子数を増加させる、または励起電子・正孔のエネルギー失活を低減することができれば、光触媒効果を高効率化できる。本研究では、低エネルギーかつ環境負荷が少ないプロセスである液相析出法(LPD) により、金属イオンを添加した酸化チタンナノ粒子を形成し、そのメタン分解に対する光触媒活性を検証した。
実験 / Experimental
LPD法により、元素添加酸化チタン微粒子及びガラス基板上塗膜を合成した。元素添加のために、銅、コバルト、鉄、ニッケルといった金属塩(硝酸塩：0.1~10 mM)を使用し、恒温器を用いて70℃で３時間、合成反応を進行させた。合成した材料の分子構造、形状、組成、光学特性、表面電子状態を、ラマン分光、走査型電子顕微鏡、紫外可視吸収分光、X線光電子分光等により分析した。微粒子の表面積計測をARIM登録設備であるNI-013（高精度ガス/蒸気吸着量測定装置）を用いて行った。次に、メタンの光触媒分解特性を計測し、活性と材料物性の関連性を検討した。光触媒の光誘起には、キセノンランプ（MAX303・朝日分光）の光（波長：(360±10) nm）を用いた。また、メタンガス濃度の変化は、ガスクロマトグラフィーにより計測された。
結果と考察 / Results and Discussion
本研究で用いた全ての実験条件で得られた微粒子は、
ラマン分光分析より光触媒活性が高いとされるアナターゼ型結晶だとわかった。走査型電子顕微鏡観察により、得られた微粒子及びガラス基板上に成膜された元素添加酸化チタン微粒子及び膜において、LPD合成に見られる典型的な構造が観察された。さらに、EPMA観察により、添加した元素が構造において均一に分布することも確認された。メタンガスの光触媒分解実験より、LPD法により合成された微粒子と膜、及び光触媒外壁材 光セラ(ケイミュー㈱）に使用されている光触媒（アナターゼ酸化チタン）において、光照射によるメタン濃度の減少が見られた。ARIM登録設備であるNI-013（高精度ガス/蒸気吸着量測定装置）による表面積計測より、単位面積あたりの活性を比較したところ、銅を添加した光触媒が最も高い活性を示すことが分かった。また、銅添加濃度によりメタン分解活性が変化することが判明し、0.1
mMの仕込み濃度で活性が最大（添加無しと比較し1.8倍）となることが見出された。 活性増大の要因として、銅添加による光触媒の伝導帯下端位置、電化輸送効率、メタンの分子吸着エネルギーの変化が考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 本田 光裕、吉井 祐作、岡山 誠史、市川 洋、「液相析出法による異種元素添加酸化チタン光触媒の合成とメタン分解への応用」、第84回応用物理学会秋季学術講演会（2023年9月19日-23日、熊本）
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件