HOME > 資料室（その他参考情報） > 標準技術集 > 光触媒（基本原理） > 触媒の結晶構造

触媒の結晶構造

【技術分類】

１−Ａ  酸化チタンの物性と光活性

【技術の名称】

１−Ａ−１  触媒の結晶構造

【技術内容】

触媒学会参照触媒の３種類の酸化チタン（Anatase, Rutile, Mixture）および市販の６種類の酸化チタンについて、結晶構造、粒子の粉体特性とナフタレンの光触媒酸化活性の関係について検討した。ナフタレンの光酸化で検討したのは1,8-、1,3-および1,4-ジヒドロキシナフタレンの三種類の異性体混合物である。実験では入手した触媒試料とともに、低活性試料の熱処理効果、異種触媒の混合などの効果を調べている。この検討は光触媒活性がAnatase、Rutileのいずれでより有効であるかに関する従来からの議論に決着をつけることを目的としたものである。   使用した触媒試料：   JRC-TIO-2   Anatase, 18m2/g、触媒学会参照触媒     JRC-TIO-3   Rutile, 48m2/g、触媒学会参照触媒   JRC-TIO-4   Anatase/Rutile =7/3, 49m2/g、触媒学会参照触媒   JRC-TIO-5   Rutile, 2.5m2/g、触媒学会参照触媒   ST-01   Anatase, 236m2/g、石原産業   ST-11   Anatase, 71m2/g、石原産業   CR-EL   Rutile, 7.1m2/g、石原産業   PT-101   Rutile, 25m2/g、石原産業   NS-51   Rutile, 6.5m2/g、東邦チタニウム   S904801   Rutile, 24m2/g、東邦チタニウム

【図】

図１  種々の酸化チタンを用いたナフタレンの光触媒酸化活性

出典：「二酸化チタン光触媒を用いたナフタレンのジヒドロキシ化反応における触媒の結晶構造の反応活性への影響」、「触媒  VOL. 42  NO. 6」、（2000年）、横野照尚、時枝康次郎、賈建光、松村道雄著、触媒学会発行、391頁  Fig.２  Photocatalytic dihydroxylation of naphthalene using various kinds of TiO2 powders.

図１の説明：光触媒酸化活性の比較を示した。酸化はアセトニトリル溶液中、500Wの高圧水銀灯（< 340nmの紫外線をカット）照射で一定時間保持して行った。   光触媒活性は図１に示したように、TIO-4、TIO-5などの参照触媒は活性が高いこと、触媒によって1,8-、1,3-および1,4-ジヒドロキシナフタレン異性体の選択率が異なることなどが分かる。Anatase/Rutileの混合物、RutileがTIO-3 (Anatase)より高活性であったことで、最適な結晶型の混合比が存在する可能性がある。

図２  AnataseおよびRutile型酸化チタン混合物を用いたナフタレンの光触媒酸化活性

出典：「二酸化チタン光触媒を用いたナフタレンのジヒドロキシ化反応における触媒の結晶構造の反応活性への影響」、「触媒  VOL. 42  NO. 6」、（2000年）、横野照尚、時枝康次郎、賈建光、松村道雄著、触媒学会発行、391頁  Fig.４  Photocatalytic activities of dihydroxylation of naphthalene using the mixture of anatase and rutile TiO2 powder

図２の説明：純粋なAnataseであるST-01と、純粋なRutileであるNS-51を種々の組成で混合し、ナフタレンの光触媒酸化を行った結果、両者の5/5、1/9混合物は高い触媒活性を示すことが明らかになった。なお、著者等はJRC-TIO-4 (P-25)のモルフォルジーを詳細に解析し、Anatase相、Rutile相が85nm、25nmの独立粒子として混合された状態で存在していること、HF処理でRutile相だけを単離可能なことを示した。両半導体が混合された状態でのみシナジー効果が発揮され、触媒活性が向上すると見ている。

【応用分野】

確認された最適な触媒結晶型混合比から、反応、反応条件に依存する最適焼成条件の管理指針とする。

【出典／参考資料】

「触媒　VOL. 42　NO. 6」、（2000年）、横野照尚、時枝康次郎、賈建光、松村道雄著、触媒学会発行、390頁〜392頁、「J Catal　VOL 203　NO. 1」、（2001年）、T Ohno, K Sarukawa, K Tokieda, M Matsumura著、Academic Press編、82頁〜86頁

【技術分類】

１−Ａ  酸化チタンの物性と光活性

【技術の名称】

１−Ａ−１  触媒の結晶構造

【技術内容】

市販のRutile型およびAnatase型酸化チタン粉末を用いて、真空と空気雰囲気下での光ルミネッセンス（PL: Photoluminescence）特性を調べた。PLは光励起により結晶中に過剰な電子、正孔を形成すると、一部が再結合し、その過程で光を放出する現象である。結晶固有の発光と、不純物や欠陥の関与した発光があり、複雑で定量性に欠けるが、光触媒活性との関係で検討した報告は少なくない。代表的な光触媒である酸化チタンの測定例を紹介する。   PLの波長には粒子径、結晶構造が、またPLの強度にはドーパント、焼成の温度や雰囲気、PL測定条件などが関係することが知られている。   この研究では、U-340、UV-39のフィルターを備えた分光装置（Shimadzu RF5300PC）を使用し、励起波長 335nmを用いた。次の試料を評価した。   Rutile： Aldrich-R (Anatase 4%)、Kanto-R (Anatase 0%)、Wako-R (Anatase 3%)   Anatase： Aldrich-A (Anatase 97%)、Kanto-A (Anatase 100%)、Wako-A (Anatase 99%)   その他：AMT-600 (Tayca)、ST-01 (Ishihara)、UV100 (Sachtleben)、P25 (Nippon Aerosil)

【図】

図１  市販AnataseおよびRutileの光ルミネッセンス挙動

出典：「Influences of C1‐C3 Alcohols and Purities of TiO2 Powders on Their Photoluminescence Properties at Room Temperature．」、「Bull Chem Soc Jpn  VOL. 75  NO. 3」、（2002年）、NAKAJIMA H、ITOH K、MURABAYASHI M著、日本化学会発行、603頁  Fig.２  The photoluminescence (PL) wavelengths and intensities of the TiO2 powders in air at room temperature. The dotted line at about 485nm represents the boundary between the PL wavelengths of rutile TiO2 and those of the anatase ones.

図１の説明：空気中で測定した各種の市販酸化チタンのPLスペクトル評価結果を示した。PLの強度はAnatase型の方が大きく、500nm以上の長波長側に観測され、RutileおよびRutile/Anataseの双方を含む粉末では480nm以下程度の短波長側にPLが観測され、さらに試料によっては極めてPL強度の低い場合も見出された。

図２  真空および空気中での酸化チタンの光ルミネッセンス挙動

出典：「Influences of C1‐C3 Alcohols and Purities of TiO2 Powders on Their Photoluminescence Properties at Room Temperature．」、「Bull Chem Soc Jpn  VOL. 75  NO. 3」、（2002年）、NAKAJIMA H、ITOH K、MURABAYASHI M著、日本化学会発行、605頁  Fig.８  The photoluminescence (PL) intensities of the rutile (a) and the anatase (b) TiO2 powders in vacuum at room temperature vs the square root of the UV irradiation time from 1s to 60s. The relative intensity is based on the PL intensity of Kanto-R 1s as 1.

図２の説明：空気中および空気中で、UV励起時間を変えて測定した市販酸化チタンのPLスペクトル強度の依存性を示した。真空中でのPL強度はRutile、Anataseとも紫外線照射時間の1/2次に比例して増大したが、空気中ではこのような依存性が認められなかった。これはPLが酸素の光脱離と密接に関係していることを示している。

【応用分野】

酸化チタンの結晶構造、光触媒特性の評価

【出典／参考資料】

「Bull Chem Soc Jpn  VOL. 75  NO. 3」、（2002年）、NAKAJIMA H、ITOH K、MURABAYASHI M著、日本化学会発行、601頁〜606頁   「Advances in Catalysis  VOL. 44」、（2000年）、ANPO M、CHE M著、Elsevier Science BV発行、Part A, 119頁〜257頁

【技術分類】

１−Ａ  酸化チタンの物性と光活性

【技術の名称】

１−Ａ−１  触媒の結晶構造

【技術内容】

エタノール中に酸化チタン光触媒を懸濁し、アルゴン、空気および酸素雰囲気下での光触媒酸化を検討した。Riko RH400-10W反応器を用いた。使用した触媒はTiO2、Ti2O3および TiOである。反応では脱水素によるアセトアルデヒド、ジエチルアセタールおよび酸化による酢酸が検出され、また気相には少量のメタン、CO2、水素が検出された。最初の生成物は常にアセトアルデヒドである。   使用したTiO2触媒：Anatase (Aldrich)、Rutile (Aldrich)、Rutile (Furuuchi)、P-25 (Nippon Aerosil)   Ti2O3、TiOは市販の試薬であり、99.3%の純度を有する300 メッシュ以下の粉体である。

【図】

図１  アルゴンおよび空気雰囲気でのTiO2触媒によるアセトアルデヒドの生成

出典：「Oxygen effect on photocatalytic reaction of ethanol over some TiO2 photocatalysts」、「Bull Chem Soc Jpn  VOL. 64」、（1991年）、ISEDA K著、日本化学会発行、1162頁  Fig.３  Formation of acetaldehyde vs. illumination time for suspension of 30mg TiO2 in 2.0ml ethanol under Ar (a) or air (b). ○ anatase (Aldrich), ● P25 (Nippon Aerosil).

図１の説明：光触媒反応は空気雰囲気で進行しやすい。いずれの雰囲気でもP-25が最も高活性で、Anatase (Aldrich)の活性は低かった。アセトアルデヒドは逐次反応でアセタール化するので極大値を経由後、減少に向かう。

図２  アルゴンおよび空気雰囲気でのTi2O3、TiO触媒によるアセトアルデヒドの生成

出典：「Oxygen effect on photocatalytic reaction of ethanol over some TiO2 photocatalysts」、「Bull Chem Soc Jpn  VOL. 64」、（1991年）、ISEDA K著、日本化学会発行、1162頁  Fig. 4b, 5b  Formation of acetaldehyde vs. illumination time for suspension of 30mg TiOx in 2.0ml ethanol under air (b). upper Ti2O3, lower TiO catalyst, □ Acetaldehyde, ■ Hydrogen.

図２の説明：空気雰囲気でもTi2O3, TiO の光触媒活性はTiO2の1/10程度に過ぎない。可視光化を目指してTiO2を水素還元する試みが報告されているが、過剰還元はこのように問題がある。

【応用分野】

可視光化を目指した酸化チタンの調製

【出典／参考資料】

「Bull Chem Soc Jpn  VOL. 64」、（1991年）、ISEDA K著、日本化学会発行、1160頁

HOME > 資料室（その他参考情報） > 標準技術集 > 光触媒（基本原理）> 触媒の結晶構造

［更新日  2003.3.28］