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株式会社希少金属材料研究所の技術力を用いたナノ粒子の紹介

可視光応答型酸化チタン光触媒材料特性資料

 

背景

 酸化チタンが非常に特性の高い光触媒であることは周知のことであるが、課題として太陽光の紫外光領域の波長のみで光触媒性能が発揮しないことが課題となっていた。

 そこで、酸化チタンに様々な元素ドープにより可視光域に光吸収させる研究がなされてきた。例えばNbドープや酸素サイトへの窒素ドープが有名な成果であった。

特徴

 当社が新しく検討してきたゾルゲル法による液相反応では、固形分濃度が20%と高い条件において、TEM観察から、平均粒径が5nmと非常に小さく、且つNb元素のドープ量として1.4at%と少ない置換量においてもLED照明で光触媒性が十分に得られるものが合成できた。 この方法ではニオブドープ量が少ないために製造コストを大幅に上げることはなく、従来品よりもやや高めに製造できるものとなっている。

 プロセス的には高度な制御技術が必要ではあるが、月に100kg~1tonのニオブドープの酸化チタンの5nm粒子の製造が可能である。

 当社の製法ではアルコキシドから出発してるので、pHは中性領域のものとなっている。出荷時には等電点近傍にあるので、白濁化した凝集状態のスラリーとなっている。

可視光 LED 照明によるメチレンブルーの消色

 


Nbドープ 酸化チタンナノ粒子のSEM画像

TiO2のチタンサイトに1at%程度で置換して、可視光応答型の10nm以下(平均粒径5nm)の酸化チタンのナノ粒子を合成し、可視光のLEDでメチレンブルーの消色を確認した。性能は現行の無色透明の二酸化タングステンよりはLED照明では劣るが、抗菌は元より優れた素材であるので、これが市場で最も優れたものになる可能性がある。


Nb ドープ 酸化チタンナノ粒子の SEM 画像

低い倍率での全体的な像の視野から、異常粒子がないことが分かる。


Nb ドープ 酸化チタンナノ粒子の T EM 画像

TiO2 のチタンサイトに1 at %程度で置換して、可視光応答型の 10nm 以下 ( 平均粒径 5nm) の酸化チタンのナノ粒子を合成し、可視光の LED でメチレンブルーの消色を確認 した


当社の通常酸化チタンナノ粒子の T EM 画像

通常の酸化チタンのナノ粒子の TEM 像から、平均粒径が 5 ~ 10nm 程度であることが分かる。


当社の新規可視光応答型光触媒について

背景について

 従来の酸化チタンを用いた光触媒では紫外線の380nm以下の短い波長で光触媒特性が得られていた。しかしながら、最近は紫外線を含まないLEDランプの普及により室内での光触媒による消臭効果は得られない状態となっていた。酸化タングステンを用いた光触媒では460nmまでの光で触媒効果を持つためにLEDランプでも消臭、殺菌効果が期待されている。また、新規のTiO2-Nb系ではLED照明でも光触媒性能が確認できた。

 当社のものは酸化タングステン系のものもTiO2-Nb系のものもLED照明でも効果が期待される。
  比較表を示す。

  材料 光吸収波長 粒子サイズnm 分散液のpH 可視光での光触媒性 文献の抗菌特性
従来品
TiO2系
~380nm
5~10
7
当社改良品
TiO2-Nb系
~420nm?
7
7
当社
WOx系
~ 460nm
5
5~6