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| 吸収波長域（UV〜Vis） |
| 【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−４−ａ 吸収波長域（UV〜Vis） |
| 【技術内容】 |
| 光触媒の可視光応答性を向上する手段として種々のドーパントの使用が検討されてきた。光半導体の伝導帯または価電子帯の近傍にドーパントの不純物準位を形成することにより、バンドギャップを変化（縮小）させるのがその機能である。酸化チタン（TiO2）の場合、TiO2-Cr/Sbの共ドーピングにより4A2 → 4T2のd-d遷移が観測されるようになり、820nm付近の可視光域に新たな吸収バンドが出現することを見出した。バンドギャップはRutileの場合3.0eVから 2.2eVまで、またSrTiO3の場合は3.2eVから2.4eVまでバンドギャップを縮小させた。このバンドギャップの縮小幅はこれまで検討された試みの中で最も成功した例であり、以下に紹介する。 共ドープ触媒の調製：TiO2、SrCO3、Cr2O3、Sb2O3、また必要に応じてCuO、NiOの酸化物を所定の混合比で混合し、TiO2-Sb/Cr系で1420K 10h、SrTiO3-Sb/Cr系で20-40h処理し、固相反応で調製した。 拡散反射UV-Visスペクトルの測定：UV-Vis-NIR分光器（日本分光 UbestV-570）を用いて測定した。これは更にKubelka-Munk法で吸光度に転換した。 光ルミネッセンスの測定、光触媒活性の測定も併せて行っている。 |
| 【図】 |
| 図１ 非ドープ、およびドープしたTiO2、SrTiO3の拡散反射スペクトル |
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| 出典：「Visible‐Light‐Response and Photocatalytic Activities of TiO2 and SrTiO3 Photocatalysts Codoped with Antimony and Chromium．」、「J Phys Chem B VOL. 106 NO. 19」、（2002年）、KATO H、KUDO A著、American Chemical Society発行、5030頁 Fig.１ (a)Diffuse reflection spectra of (I)nondoped TiO2, (ii)TiO2 doped with Sb(3.45%), TiO2 codoped with (iii)Sb(1.25%)/Cr(0.5%), (iv)Sb(1.25%)/Ni(0.5%), and (v) Sb(1.25%) /Cu(0.5%).(b) Diffuse reflection spectra of (I) nondoped SrTiO3 and (ii) SrTiO3 codoped with Sb(2.5%)/Cr(2%). Reprinted with permission from American Chemical Society |
| 図１の説明：TiO2の場合、Sbだけのドーピングでは可視部への吸光度拡大は検出されない。共ドープではSb/Ni、Sb/Cuの共ドープで波長域が可視部に入ってきている。しかしSb/Crの共ドープでは600nmまで吸光波長域が拡大した他、Cr3+のd-d遷移（4A2 → 4T2）である650-800nmに弱い吸収が観測されることが見出された。SrTiO3の場合も、Sb/Cr共ドープで700nmの可視光域まで吸収波長域が拡大した。 |
| 【応用分野】 |
| 可視光域で使用できる光触媒の開発 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「J Phys Chem B VOL. 106 NO. 19」、（2002年）、KATO H、KUDO A著、American Chemical Society発行、5029頁〜5034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−４−ａ 吸収波長域（UV〜Vis） |
| 【技術内容】 |
| 遷移金属のドーピングにより、酸化チタン（TiO2）の吸収波長を可視光域まで拡大できる。Rutile、Anatase TiO2のバンドギャップは3.02eV、3.2eVであり、光吸収は380nm、410nmまでに限定される。ドーパントの導入はこれを可視光域に拡大できる有力な技術であるが、これまでの検討では吸収波長域の拡大と光触媒活性の向上とが必ずしも一致せず、光触媒の反応や使用条件に最適なドーパント、触媒製法の組合せを選択する必要がある。 ここでは種々の製法で調製したCr/TiO2ドーピング触媒について、検討結果を紹介する。ドーパントの添加率は0.2-1.0atom%の範囲である。 触媒の製法： Cr-1/TiO2: TiCl3, Cr2O3を原料、気相加水分解、600℃焼成 (Cr 1.0atom%) Cr-2/TiO2: TiCl4, CrCl3を原料、調製後、H2/N2 雰囲気、500℃で焼成 (Cr 0.5atom%) Cr-3/TiO2: TiCl3, CrCl3を原料、調製後、H2/N2 雰囲気、500℃で焼成 (Cr 0.5atom%) Cr-4/TiO2: TiCl3, CrCl3を原料、加水分解後、600℃真空乾燥 (Cr 0.2atom%) Cr-5/TiO2: TiCl3, CrCl3を原料、加水分解後、600℃真空乾燥、Pt担持 (Cr 0.2atom%) |
| 【図】 |
| 図１ CrドーピングしたTiO2触媒のUV-Vis吸収スペクトル |
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| 出典：「Investigations of metal‐doped titanium dioxide photocatalysts．」、「Appl Catal B Environ VOL. 37 NO. 2」、（2002年）、DVORANOVA D、BREZOVA V、MAZUR M、MALATI M A著、Elsevier Sciece BV発行、94頁 Fig.２ UV-Vis absorption spectra of titania powders doped by Cr(III) ions: (a)Cr-1/TiO2; (b)Cr-2/TiO2 and (c)Cr-3/TiO2. Inset: details of the spectra in visible region. Reprinted with permission from Elsevier Science |
| 図１の説明：いずれの製法でもTiO2に比較して可視部の吸光度が高く、改善されている。Cr2O3を原料に用いたCr-1/TiO2では、452nm、600nmに新たな吸収ピークが検出されるが、これは八面体Cr(III)イオンの4A2g → 4T2g, 4A2g → 4T1gの遷移に対応するものである。但しCr(III)→ Ti(IV)へのチャージトランスファーバンドと帰属することもできよう。 |
| 【応用分野】 |
| 可視光型光触媒の開発 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Appl Catal B Environ VOL. 37 NO. 2」、（2002年）、DVORANOVA D、BREZOVA V、MAZUR M、MALATI M A著、Elsevier Science BV発行、91頁〜105頁 |
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| ［更新日 2003.3.28］ |