可視光にも活性な光触媒の合成に成功

窒素ドープ型酸化チタン光触媒の合成

2004.10.14

独立行政法人物質・材料研究機構

NIMSの物質研究所光学単結晶グループは、可視光でも活性な光触媒の合成に成功した。

概要

独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 岸輝雄) 物質研究所 (所長 : 渡辺遵) 光学単結晶グループの松本太輝特別研究員 (日本学術振興会特別研究員) と井伊伸夫主席研究員らは、可視光でも活性な光触媒の合成に成功した。
光触媒は、環境浄化や防汚・防曇・殺菌などの用途、さらには水分解による水素製造や光 - 電気エネルギー変換デバイスの材料としても注目されている。現在、光触媒材料としては酸化チタンが一般的である。しかし、通常の酸化チタンは紫外光照射によってのみ光触媒として機能するため、紫外光がほとんど含まれない室内光などでは光触媒機能を発現する事ができなかった。
酸化チタンに窒素をドープ (添加) することにより、可視光でも光触媒機能を発現することが知られていたが、窒素をドープする際に高温加熱処理をするため、光触媒機能が低下してしまうという問題があった。そのため、高温での処理を必要としない穏やかな条件で合成でき、しかも可視光でも十分に機能する光触媒の開発が求められていた。
今回開発した手法は、比較的低い温度(350℃程度)から窒素が酸化チタン中に取り込まれるため、光触媒機能を低下させることなく酸化チタンに窒素をドープすることが可能であり、可視光でも機能する光触媒を合成できることを確認した。また、本手法により、最初に作製した光触媒の形状、サイズを維持したまま窒素をドープできるという利点もある。
高性能な光触媒の開発は世界規模で注目されている分野である。今回の成果は可視光でも光触媒機能があることから、太陽光でさらに高効率に光触媒機能を発揮するだけでなく、室内やトンネル内など、紫外光を含まない可視光にさらされている部分への適用が考えられ、今後の展開が期待される。
本成果はすでに特許出願済みであり、日本化学会速報紙Chemistry Letters (ケミストリー・レターズ) に掲載予定である。

可視光照射下で、青色の有機色素 (メチレンブルー) の分解速度を測定し光触媒能を評価した。標準的な酸化チタン光触媒 (市販品) ではほとんど分解が進まないが、今回合成した薄片状窒素ドープタイプの酸化チタンは効率よく分解が進行する。