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多孔質酸化チタン

【技術分類】

２−Ａ  粉体触媒の製造

【技術の名称】

２−Ａ−６−ｃ  多孔質酸化チタン

【技術内容】

逆相ミセル法で調製したメソポーラスTiO2（MTiO2）はゾルゲル法TiO2より光酸化活性が高い。逆相ミセル法は粒子径や形状をコントロールできる。ガラスはTiO2をコーティングした際のガラスからのNa+による被毒を抑制するためH2SO4水溶液で処理した。   MTiO2は逆ミセル法により調製した。市販界面活性剤26gとシクロヘキサン150mlを混合して逆ミセル溶液を調製し、水1.08gおよびチタニウムイソプロポキシド(TIPT)23gを加えTiO2ゾルを調製した。通常のTiO2はゾルゲル法により調製した。TIPTとトリエタノールアミンをエタノール中に溶解し、水／エタノール溶液を滴下してゾルを調製した。   TiO2フィルムはガラス基板をゾル中、４mm/sの速度で上下してコーティングした。フィルム厚さはコーティング回数で調整した。コーティングした基板は空気中、３℃/minで500℃まで昇温し、500℃で１時間焼成した。その後基板は１ M濃度のH2SO4水溶液に２時間浸漬し、水洗浄して100℃で乾燥した。基板にはソーダ石灰ガラスおよび石英ガラスを使用した。   図１に石英板に１回コーティングのMTiO2とTiO2の2Dおよび３Dのatomic force microscopy(AFM)像を示している。MTiO2のBET表面積は59.9m2/g、平均細孔径は3.3nmであり、通常TiO2の表面積は9.1m2/g、細孔径は6.5nmである。又光触媒活性はMTiO2が高い。小さいTiO2粒子が単分散していることと表面積が大きいことが有効である。

【図】

図１  メソポーラスTiO2薄膜と通常TiO2薄膜のAFM写真

出典：「Enhanced photocatalytic activity of mesoporous and ordinary TiO2 thin films by sulfuric acid treatment．」、「Appl Catal B Environ  VOL. 36  NO.１」、（2002年）、YU J C、YU J、ZHAO J著、Elsevier Science B.V.発行、36頁  Fig.３  AFM２-D and ３-D images of the surface of MTiO2(a and b) and TiO2 (c and d) thin films deposited on quartz by one coating cycle.  Reprinted with permission from Elsevier Science

図１の説明：MTiO2とTiO2では表面形態と粗さに差があり、MTiO2は約15nmの単分散の球状粒子であり粒子間はメソポーラス構造である。一方、通常のTiO2は粒状のマイクロ構造であり80nmの球状粒子からなるが細孔構造は不明確である。

【応用分野】

多孔質光触媒の製造

【出典／参考資料】

「Appl Catal B Environ  VOL. 36  NO.１」、（2002年）、YU J C、YU J、ZHAO J著、Elsevier Science B.V.発行、31頁〜43頁

【技術分類】

２−Ａ  粉体触媒の製造

【技術の名称】

２−Ａ−６−ｃ  多孔質酸化チタン

【技術内容】

ドデシルアミンのミセルを型材にしてメソーポーラスTiO2を合成した。合成したTiO2は細孔径の一様な非晶質酸化物であり、比表面積は1250m2/gを超える。しかし、熱安定性が悪いため、型材除去後にチタニウムイソプロポキシド（TIPT）をCVD法で蒸着し、加水分解、酸化処理を実施した。   メソポーラスTiO2は273Kのドデシルアミンの水溶液にTIPTを滴下し１時間攪拌した。その後、333Kで４日間保ち、生成した固体を濾過回収した。その後加熱処理を10日間実施し、得られた粉末から型材を除去するため、p-トルエンスルホン酸のエタノール溶液で処理した。   安定性向上のためのCVD処理はAr気流中293Kの飽和蒸気圧を持つTIPTに型材除去後のTiO2を24時間露出し、その後水蒸気で加水分解し、窒素気流中で加熱乾燥した。   調製したTiO2はX線回折、窒素吸着よりメソ構造であり、図１にXANESスペクトル吸収端前ピークの拡大図およびピーク分離図を示す。XANESスペクトルから型材除去後のメソポーラスTiO2は５配位Tiと６配位Tiが１：２の割合で共存している。また、型材除去後の表面積は1256m2/gであるが、CVD処理により若干面積は減少し、573K焼成で比表面積は870m2/gであったが、673K焼成では196m2/gに減少した。

【図】

図１  メソポーラスTiO2のXANESスペクトルとその分離図

出典：「極高表面積メソポーラスチタニアの細孔壁ミクロ構造の解析」、「触媒  VOL. 44  NO.６」、（2002年）、吉武英昭、杉原多恵、辰巳敬著、触媒学会発行、481頁  Figure ２  Peak deconvolution of pre-edge peak of Ti XANES supectrum of template-extracted mesoporous TiO2.

図１の説明：メソポーラスTiO2は５配位Tiが主ピークであるが、高エネルギー側に肩を伴っている。ピーク分離結果、６配位Tiであることが判明した。

【応用分野】

多孔質光触媒の製造

【出典／参考資料】

「触媒  VOL. 44  NO.６」、（2002年）、吉武英昭、杉原多恵、辰巳敬著、触媒学会発行、480頁〜482頁

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［更新日  2003.3.28］