JP2001347162A - Photocatalytic material with thin titanium dioxide film - Google Patents

Photocatalytic material with thin titanium dioxide film

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JP2001347162A
JP2001347162A JP2000170259A JP2000170259A JP2001347162A JP 2001347162 A JP2001347162 A JP 2001347162A JP 2000170259 A JP2000170259 A JP 2000170259A JP 2000170259 A JP2000170259 A JP 2000170259A JP 2001347162 A JP2001347162 A JP 2001347162A
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thin film
titanium oxide
titanium
oxide
photocatalyst material
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Harumi Okuno
晴美 奥野
Akio Miyata
昭雄 宮田
Hideo Nojima
秀雄 野島
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photocatalytic material which performs the clean-up of environmental pollutants and water decomposition while irradiating with light. SOLUTION: A thin film of anatase type titanium dioxide having at least one of (004) and (112) faces as a crystal orientation face in a direction perpendicular to the crystal surface is formed on a substrate. The thickness of the thin film is preferably >=500 nm from the viewpoint of further enhancement of the catalytic activity. A metal or metal oxide is preferably carried on the surface of the thin film from the viewpoint of further enhancement of the catalytic activity by the acceleration of charge separation and ruthenium oxide is particularly desirably used as the metal oxide so as to enhance the photocatalytic activity in water decomposition.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は酸化チタン薄膜を有
する光触媒材に関し、より詳細には光照射により環境汚
染物質の浄化や水分解などを行う光触媒材に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photocatalyst material having a titanium oxide thin film, and more particularly to a photocatalyst material for purifying environmental pollutants or decomposing water by irradiating light.

【0002】[0002]

【従来の技術】光触媒を用いて、雰囲気中の臭気成分を
分解して脱臭したり、あるいは水を分解して水素を製造
することは従来から行われている。このような光触媒と
しては酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化
鉄、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、セレン
化カドミウムなどの金属化合物半導体が挙げられ、中で
も酸化チタンが最も広く利用されている。酸化チタンを
光触媒として用いる研究はこれまでから数多くなされて
いる。例えば特開平10−152396号公報には、特
定方向に配向した酸化チタンからなる結晶配向膜を基材
表面に形成して、抗菌性などの諸特性を得る技術が提案
されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a photocatalyst is used to decompose odor components in an atmosphere to deodorize the water or decompose water to produce hydrogen. Examples of such a photocatalyst include metal compound semiconductors such as titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, iron oxide, strontium titanate, cadmium sulfide, and cadmium selenide, among which titanium oxide is most widely used. There have been many studies using titanium oxide as a photocatalyst. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-152396 proposes a technique in which a crystal orientation film made of titanium oxide oriented in a specific direction is formed on a substrate surface to obtain various properties such as antibacterial properties.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、環境汚染物
質の浄化や水分解による水素製造などにおいて、特に水
分解の分野において、酸化チタンの触媒活性の向上が実
用上切望されているところであるが、充分に高い触媒活
性を有する酸化チタンは未だ得られていないのが現状で
ある。本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされた
ものであり、その目的は光触媒活性の高い光触媒材を提
供することにある。
By the way, in the purification of environmental pollutants and the production of hydrogen by water splitting, particularly in the field of water splitting, there is a practical need for improvement of the catalytic activity of titanium oxide. At present, titanium oxide having sufficiently high catalytic activity has not yet been obtained. The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a photocatalyst material having high photocatalytic activity.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、結晶表
面と垂直方向に、(004)及び(112)の少なくと
も一方の結晶配向面を持つアナターゼ型酸化チタンの薄
膜を基材上に形成したことを特徴とする光触媒材が提供
される。
According to the present invention, a thin film of anatase type titanium oxide having at least one crystal orientation plane of (004) and (112) is formed on a substrate in a direction perpendicular to the crystal surface. A photocatalyst material characterized by the following is provided.

【0005】このとき光触媒活性をより向上させるの観
点から、前記薄膜の膜厚は500nm以上であるのがよ
い。
At this time, from the viewpoint of further improving the photocatalytic activity, the thickness of the thin film is preferably 500 nm or more.

【0006】また電荷分離を促進させて光触媒活性をさ
らに向上させる観点からは、前記薄膜の表面に金属又は
金属酸化物を担持させるのが好ましく、水分解における
光触媒活性を向上させる観点からは、金属酸化物の中で
も酸化ルテニウムが特に望ましい。
[0006] From the viewpoint of further improving the photocatalytic activity by accelerating the charge separation, it is preferable to carry a metal or a metal oxide on the surface of the thin film. Ruthenium oxide is particularly desirable among oxides.

【0007】さらにアナターゼ型酸化チタンの薄膜が形
成しやすいことから、前記基材としてケイ素を主成分と
するものを用いるのが好ましい。また酸化チタン薄膜の
剥離防止の観点からは、ケイ素を主成分とする基板上に
チタン薄膜を形成し、その上に前記酸化チタンの薄膜を
形成するのが好ましい。光触媒活性を一層向上させるに
は酸化チタン薄膜とチタン薄膜の間に白金薄膜をさらに
形成するのがよい。
Further, since a thin film of anatase type titanium oxide can be easily formed, it is preferable to use a substrate containing silicon as a main component as the substrate. From the viewpoint of preventing the titanium oxide thin film from peeling off, it is preferable to form a titanium thin film on a substrate containing silicon as a main component and then form the titanium oxide thin film thereon. In order to further improve the photocatalytic activity, it is preferable to further form a platinum thin film between the titanium oxide thin film and the titanium thin film.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明者等は、実用上充分に高い
触媒活性を有する酸化チタンを得るため鋭意検討を重ね
た結果、酸化チタンでは特定の結晶配向が触媒活性と密
接な関係があることを突き止め本発明をなすに至った。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have conducted intensive studies to obtain titanium oxide having sufficiently high catalytic activity for practical use. As a result, in titanium oxide, a specific crystal orientation is closely related to catalytic activity. This has led to the present invention.

【0009】すなわち本発明の光触媒材の大きな特徴
は、結晶表面と垂直方向に(004)及び(112)の
少なくとも一方の結晶配向面を持つアナターゼ型酸化チ
タンの薄膜を基材上に形成したことにある。なお、本発
明において酸化チタンの薄膜とは、単結晶または多結晶
からなる薄膜を意味する。また、前記単結晶の薄膜は、
膜全体が単一の結晶からなるもの、及び3次元方向の結
晶方位が一致する多数の結晶からなるものを含む。
That is, a major feature of the photocatalyst material of the present invention is that a thin film of anatase-type titanium oxide having at least one crystal orientation plane of (004) and (112) in the direction perpendicular to the crystal surface is formed on a substrate. It is in. In the present invention, the titanium oxide thin film means a thin film made of single crystal or polycrystal. Further, the single crystal thin film,
The whole film includes one composed of a single crystal, and one composed of many crystals having the same three-dimensional crystal orientation.

【0010】本発明の光触媒材において基板上に形成す
る酸化チタンは、アナターゼ型であることがまず必要で
ある。酸化チタンの結晶構造には、アナターゼ型、ルチ
ル型、ブロッカイト型が知られているが、最も高い触媒
活性を示すことから本発明ではアナターゼ型の酸化チタ
ンを使用する。このような光触媒材による分解は次のよ
うな作用により行われる。すなわち、バンドギャップ以
上のエネルギーを持つ波長の光が光触媒に照射される
と、光触媒材表面で励起が生じ、価電子帯にあった電子
はバンドギャップを飛び越えて伝導帯に移動する。これ
により、価電子帯には電子が不足した正孔が生じて酸化
反応に寄与し、他方伝導帯には電子が移動して還元反応
に寄与する。
The titanium oxide formed on the substrate in the photocatalyst material of the present invention must first be of an anatase type. As the crystal structure of titanium oxide, anatase type, rutile type, and blockite type are known, but anatase type titanium oxide is used in the present invention because it shows the highest catalytic activity. Such decomposition by the photocatalytic material is performed by the following operation. That is, when light with a wavelength having energy equal to or greater than the band gap is applied to the photocatalyst, excitation occurs on the surface of the photocatalyst material, and electrons in the valence band jump over the band gap and move to the conduction band. As a result, holes lacking electrons are generated in the valence band and contribute to the oxidation reaction, while electrons move to the conduction band and contribute to the reduction reaction.

【0011】また基板上に形成する酸化チタンは、結晶
表面と垂直方向に(004)及び(112)の少なくと
も一方の結晶配向面を持つことが必要である。(00
4)及び(112)の少なくとも一方の結晶配向面を持
たせることにより、光触媒活性が著しく向上し、環境汚
染物質の浄化や水分解を実用上まったく問題なく行うこ
とができる。
The titanium oxide formed on the substrate must have at least one of (004) and (112) crystal orientation planes in a direction perpendicular to the crystal surface. (00
By having at least one of the crystal orientation planes of 4) and (112), the photocatalytic activity is remarkably improved, and purification of environmental pollutants and water decomposition can be performed without any practical problems.

【0012】このような特定方向に配向した結晶面を有
する酸化チタン薄膜は、化学蒸着(CVD)法により形
成することができ、中でも有機金属錯体分解法(MOC
VD)により好適に形成することができる。具体的に
は、気化させたチタンアルコキシドを不活性ガスと共
に、大気圧開放下で、加熱された基材表面に吹き付ける
ことにより形成する。基材表面に形成する酸化チタン薄
膜の結晶構造や結晶配向、膜厚、結晶粒径、粒径分布を
所望のものに制御するには、有機金属錯体の気化温度や
供給量、不活性ガスの流量、基材温度などをそれぞれ調
整すればよい。
Such a titanium oxide thin film having a crystal plane oriented in a specific direction can be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.
VD). Specifically, it is formed by spraying a vaporized titanium alkoxide together with an inert gas onto a heated substrate surface under atmospheric pressure. In order to control the crystal structure, crystal orientation, film thickness, crystal grain size, and particle size distribution of the titanium oxide thin film formed on the substrate surface to the desired ones, the vaporization temperature and supply amount of the organometallic complex, the inert gas The flow rate, the substrate temperature, and the like may be adjusted.

【0013】酸化チタン薄膜を形成する材料として使用
するチタンアルコキシドとしては、チタンテトラメトキ
シドやチタンテトラエトキシド、チタンテトライソプロ
ポキシド、チタンテトラブトキシド、チタンジエトキシ
ジイソプロポキシド、チタンジメトキシジブトキシド、
チタンテトラキス(2−エチルヘキシルオキシド)、チ
タンテトラステアリルオキシドなどが好適に使用でき
る。また使用する不活性ガスとしては、窒素ガスやアル
ゴンガス、ヘリウムガスなど従来公知のものが使用でき
るが、経済性等の点で窒素ガスを使用することが好まし
く、中でも液体窒素を通して水分を除去した窒素ガスを
使用することが特に好ましい。原料であるチタンアルコ
キシドの気化温度は、原料の種類に応じて適宜決定すれ
ばよいが、70〜150℃の範囲とすることが好まし
い。
The titanium alkoxide used as a material for forming the titanium oxide thin film includes titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetrabutoxide, titanium diethoxydiisopropoxide, titanium dimethoxydibutoxide. ,
Titanium tetrakis (2-ethylhexyl oxide), titanium tetrastearyl oxide and the like can be suitably used. As the inert gas to be used, a conventionally known gas such as a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas can be used.However, it is preferable to use a nitrogen gas from the viewpoint of economy and the like. It is particularly preferred to use nitrogen gas. The vaporization temperature of the titanium alkoxide as the raw material may be appropriately determined according to the type of the raw material, but is preferably in the range of 70 to 150 ° C.

【0014】酸化チタン薄膜の膜厚としては500nm
以上であることが好ましい。膜厚が500nm未満の場
合、充分な光触媒活性が得られないおそれがあるからで
ある。より好ましい膜厚としては1,000nm以上で
ある。また好ましい上限値は2,000nmである。ま
た薄膜を形成する形成する結晶粒径は100nm以下の
範囲が好ましい。結晶粒径を照射光の波長と同程度とす
ることにより光触媒反応の効率が向上するからである。
The thickness of the titanium oxide thin film is 500 nm
It is preferable that it is above. If the thickness is less than 500 nm, sufficient photocatalytic activity may not be obtained. A more preferred film thickness is 1,000 nm or more. A preferred upper limit is 2,000 nm. The crystal grain size for forming a thin film is preferably in the range of 100 nm or less. This is because the efficiency of the photocatalytic reaction is improved by making the crystal grain size approximately equal to the wavelength of the irradiation light.

【0015】電荷分離を促進させて光触媒活性をさらに
向上させるために、酸化チタンの薄膜の表面に金属又は
これらの酸化物を担持させてもよい。このような金属お
よび金属酸化物としては、Pt、Rh、Pd、Os、I
r、Ru、Au、Ag、Cu、Cr、Baなどの金属お
よびこれらの酸化物が挙げられ、中でも化学的に安定な
貴金属(Pt、Rh、Pd、Os、Ir、Ru、Au、
Ag)及びこれらの酸化物が好ましい。水分解における
光触媒活性を向上させるには、前記の金属酸化物の中で
も酸化ルテニウムが特に望ましい。これらの金属又は金
属酸化物を薄膜表面に担持すると光触媒活性が向上する
のは、光照射によって酸化チタン薄膜に生成した電子が
これらの金属部分に容易に流れ込み、そこに吸着してい
た物質を還元する働きをするためと考えられる。薄膜表
面に担持させる量は、還元する物質や光触媒材の用途な
どから適宜決定すればよいが、光触媒材に対して0.1
〜3wt%の範囲が好ましい。また酸化チタンの薄膜上
に前記金属または金属酸化物を担持するには、コーティ
ング法、浸漬法、スパッタリング法、熱CVD法、MO
CVD法など従来公知の方法を用いればよい。
In order to further enhance the photocatalytic activity by accelerating the charge separation, a metal or an oxide thereof may be supported on the surface of the titanium oxide thin film. Such metals and metal oxides include Pt, Rh, Pd, Os, I
Metals such as r, Ru, Au, Ag, Cu, Cr, Ba, and oxides thereof, among which are chemically stable noble metals (Pt, Rh, Pd, Os, Ir, Ru, Au,
Ag) and these oxides are preferred. In order to improve the photocatalytic activity in water splitting, ruthenium oxide is particularly desirable among the above-mentioned metal oxides. When these metals or metal oxides are carried on the surface of the thin film, the photocatalytic activity is improved because electrons generated in the titanium oxide thin film by light irradiation easily flow into these metal parts and reduce the substances adsorbed there. It is thought to work. The amount to be supported on the thin film surface may be appropriately determined depending on the substance to be reduced and the use of the photocatalyst material.
The range of 33 wt% is preferred. In order to support the metal or metal oxide on the titanium oxide thin film, a coating method, an immersion method, a sputtering method, a thermal CVD method,
A conventionally known method such as a CVD method may be used.

【0016】本発明で使用する基材としては、CVD法
による薄膜形成時の加熱に耐えるものであれば特に制限
はなく、例えば金属やガラス、陶磁器、セラミック、プ
ラスチック、木材およびこれらの複合体などを使用する
ことができる。この中でも、アナターゼ型酸化チタンの
薄膜が形成しやすいことから、ケイ素を主成分とするも
のが好ましい。ケイ素を主成分とする基材としては、例
えばシリコーン、酸化シリカなどが挙げられる。また酸
化チタン薄膜の剥離防止の観点からは、ケイ素を主成分
とする基板上にチタン薄膜を形成し、その上に前記酸化
チタンの薄膜を形成するのが好ましい。また光触媒活性
を一層向上させるには酸化チタン薄膜とチタン薄膜の間
に白金薄膜をさらに形成するのがよい。光照射で生成し
た正孔は酸化チタン薄膜上で酸化反応に使われる一方、
生成した電子は白金薄膜に移行して、そこで還元反応に
使われる。このように酸化・還元反応の場所が分離され
ることにより、電子と正孔の再結合が抑制され光触媒反
応の効率の向上するからである。前記の各薄膜の形成
は、コーティング法、浸漬法、スパッタリング法、熱C
VD法、MOCVD法など従来公知の方法を用いればよ
い。
The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it can withstand heating during the formation of a thin film by the CVD method. Examples thereof include metals, glass, ceramics, ceramics, plastics, wood, and composites thereof. Can be used. Among them, those containing silicon as a main component are preferable because a thin film of anatase type titanium oxide is easily formed. Examples of the base material containing silicon as a main component include silicone and silica oxide. From the viewpoint of preventing the titanium oxide thin film from peeling, it is preferable to form a titanium thin film on a substrate containing silicon as a main component, and then form the titanium oxide thin film thereon. In order to further improve the photocatalytic activity, it is preferable to further form a platinum thin film between the titanium oxide thin film and the titanium thin film. The holes generated by the light irradiation are used for the oxidation reaction on the titanium oxide thin film,
The generated electrons move to a platinum thin film, where they are used for a reduction reaction. This is because the location of the oxidation / reduction reaction is separated as described above, whereby recombination of electrons and holes is suppressed and the efficiency of the photocatalytic reaction is improved. The above-mentioned thin films are formed by coating method, dipping method, sputtering method, heat C
A conventionally known method such as a VD method and a MOCVD method may be used.

【0017】基材の形状としては特に限定はなく、球状
物、円柱物、円筒物、タイル・壁材・床材などの板状物
といった単純形状;衛生陶器、洗面台、浴槽、流し台と
いった複雑形状のものであってもよい。その他、カーブ
ミラーや標識、反射板、トンネル内塗装・照明、外壁、
屋根、サッシ、鏡、ショーケース、ショーウインドウ、
看板、ディスプレイ、太陽電池、眼鏡、光学レンズ、内
視鏡レンズ、塗料、内装部材などに用いることができ
る。なお基材表面は多孔質であっても緻密質であっても
よい。
The shape of the base material is not particularly limited, and may be a simple shape such as a sphere, a cylinder, a cylinder, or a plate-like material such as a tile, a wall material, or a floor material; It may be of a shape. In addition, curved mirrors and signs, reflectors, painting and lighting in tunnels, outer walls,
Roof, sash, mirror, showcase, show window,
It can be used for signboards, displays, solar cells, glasses, optical lenses, endoscope lenses, paints, interior parts, and the like. The surface of the base material may be porous or dense.

【0018】本発明の光触媒体に、光触媒である酸化チ
タンのバンドギャップ以上のエネルギーを有する波長の
光が照射されると、光触媒材の近くに存在する環境汚染
物質は酸化や分解されて除去され、また水中に配設され
ていれば水分解が生じて水素が生成される。光触媒反応
により酸化あるいは分解されて除去される環境汚染物質
としては、例えば種々の生物学的酸素要求物質や大気汚
染物質のみならず、除草剤・殺菌剤・殺虫剤などの農
薬、細菌・放射菌・菌類・藻類・カビ類などの微生物な
どが挙げられる。
When the photocatalyst of the present invention is irradiated with light having a wavelength having energy equal to or greater than the band gap of titanium oxide as a photocatalyst, environmental pollutants existing near the photocatalyst material are oxidized or decomposed and removed. If it is disposed in water, water decomposition occurs and hydrogen is generated. Environmental pollutants that are oxidized or decomposed and removed by photocatalytic reactions include, for example, various biological oxygen demanding substances and air pollutants, as well as pesticides such as herbicides, bactericides, and insecticides, bacteria, and radioactive bacteria. -Microorganisms such as fungi, algae, and molds.

【0019】光源としては、太陽光や蛍光灯、ブラック
ライト、水銀灯などを用いることができる。酸化チタン
は紫外線しか吸収できないため、酸化クロムなどの無機
物質を添加して可視光をも吸収できるようにしてもよ
い。なおこの場合添加した無機物質が不純物として作用
して、光照射で生じた電子・正孔対を再結合させること
もあるので、クロムやバナジウムといった原子をイオン
注入により酸化チタンに打ち込んで可視域に吸収帯を作
るようにしてもよい。
As a light source, sunlight, a fluorescent lamp, a black light, a mercury lamp or the like can be used. Since titanium oxide can only absorb ultraviolet light, an inorganic substance such as chromium oxide may be added so that visible light can also be absorbed. In this case, the added inorganic substance may act as an impurity and recombine the electron-hole pairs generated by light irradiation, so that atoms such as chromium and vanadium are implanted into titanium oxide by ion implantation to be in the visible region. You may make it an absorption band.

【0020】また光吸収域を広げる他の方法としては、
可視域に吸収帯を有する物質(色素)を酸化チタン表面
に付ける方法が挙げられる。例えばエオシンやローダミ
ンBなどの有機化合物、ルテニウム錯体などの金属錯体
などの色素は、可視域の光を吸収して電子が高いエネル
ギー状態となる。そして、この電子が酸化チタンの伝導
帯へ移動すると、酸化チタン自身がその光を吸収したと
同じ状態となって、光触媒反応が起こるのである。
Another method for expanding the light absorption range is as follows.
There is a method in which a substance (dye) having an absorption band in the visible region is attached to the surface of titanium oxide. For example, a dye such as an organic compound such as eosin or rhodamine B or a metal complex such as a ruthenium complex absorbs light in the visible region and enters an energy state where electrons are high. Then, when these electrons move to the conduction band of titanium oxide, the state becomes the same as that of titanium oxide itself absorbing the light, and a photocatalytic reaction occurs.

【0021】[0021]

【実施例】以下、実施例および比較例によって本発明を
さらに詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらによ
り何ら限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Comparative Examples, but it should be understood that the present invention is by no means restricted thereto.

【0022】(サンプルの作製)表1に示す材料および
温度の基板の片側面上に、MOCVD(有機金属化学蒸
着)法により酸化チタンの薄膜を形成しサンプルA〜C
とした。形成した薄膜の結晶構造および優先配向面を表
1に併せて示す。
(Preparation of Samples) Samples A to C were prepared by forming a thin film of titanium oxide on one side of a substrate having the materials and temperatures shown in Table 1 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
And Table 1 also shows the crystal structure and the preferred orientation plane of the formed thin film.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】(環境汚染物質の分解性能評価)空気を入
れた2lの袋の中に、上記作製したサンプルA,B,C
をそれぞれ入れ、そこに環境汚染物質であるアセトアル
デヒドを注射器により注入した。そして約80kW/c
2の紫外光を照射し、北川式アセトアルデヒド検知器
を用いてアセトアルデヒドの袋中の濃度を一定時間毎に
測定した。結果を図1に示す。図1から明らかなよう
に、サンプルA,B,Cのいずれもアセトアルデヒドを
分解したが、アナターゼ型酸化チタンであるサンプルA
及びBは、ルチル型酸化チタンであるサンプルCに比べ
分解性能が良好であった。なお触媒活性が低いとされる
ルチル型酸化チタンでも今回比較的良好な触媒活性が見
られたのは、ルチル型と共にアナターゼ型やブロッカイ
ト型の結晶構造が混在していたためと考えられる。
(Evaluation of decomposition performance of environmental pollutants) Samples A, B and C prepared above were placed in a 2 l bag filled with air.
, And acetaldehyde, which is an environmental pollutant, was injected with a syringe. And about 80 kW / c
irradiating ultraviolet light m 2, and was measured every predetermined time for concentrations in the bag acetaldehyde using Kitagawa acetaldehyde detectors. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 1, all of Samples A, B and C decomposed acetaldehyde, but Sample A which was an anatase type titanium oxide was used.
And B had better decomposition performance than Sample C which was rutile type titanium oxide. The reason why relatively good catalytic activity was observed in this case even with rutile-type titanium oxide, which is considered to have low catalytic activity, is presumably because rutile-type titanium oxide and anatase-type and blockite-type crystal structures were mixed.

【0025】(光触媒活性の性能評価)ボルタンメトリ
ー法を用いてサンプルA,B,Cの光触媒活性を評価し
た。図2に、用いた装置の概略図を示す。サンプル1、
白金電極3、参照電極4を電解槽中に配設し、それぞれ
をポテンショスタット2に接続した後、サンプル1に紫
外線照射して、サンプル−参照電極間の電圧V1、白金
電極−参照電極間の電圧V2をそれぞれ測定すると共
に、サンプル−白金電極間の電流Iを測定した。また比
較のために、紫外線照射を行わなわずに前記電圧および
電流を測定した。電圧V1とV2との差を横軸とし、電流
Iを縦軸として結果を図3に示す。図3によれば、紫外
線を照射しない場合には電位が大きくなっても電流は流
れない、すなわち触媒活性が得られないことがわかる。
またサンプルA,BはサンプルCに比べ多くの電流が流
れる、すなわち触媒活性が高いことがわかった。
(Evaluation of Performance of Photocatalytic Activity) The photocatalytic activities of Samples A, B and C were evaluated by voltammetry. FIG. 2 shows a schematic diagram of the apparatus used. Sample 1,
A platinum electrode 3 and a reference electrode 4 are disposed in an electrolytic cell, and each is connected to a potentiostat 2. Then, the sample 1 is irradiated with ultraviolet light, a voltage V 1 between the sample and the reference electrode, a voltage between the platinum electrode and the reference electrode, while measurement of the voltage V 2 respectively, the sample - was measured current I between the platinum electrodes. Further, for comparison, the voltage and the current were measured without performing the ultraviolet irradiation. The results are shown in FIG. 3 with the difference between the voltages V 1 and V 2 on the horizontal axis and the current I on the vertical axis. According to FIG. 3, it can be seen that when no ultraviolet light is applied, no current flows even if the potential increases, that is, no catalytic activity is obtained.
In addition, it was found that samples A and B flow more current than sample C, that is, have higher catalytic activity.

【0026】(水分解の性能評価)塩化ルテニウム(R
uCl4)の濃度が0.5mMの溶液中に、サンプル
A,B,Cを浸漬した後焼成することにより、サンプル
A,B,Cの表面に酸化ルテニウムを担持させた。こら
らをサンプルA’,B’,C’とした。石英ガラス管内
に純水10mlを入れ、サンプルA,B,C及びこれら
のサンプルA’,B’,C’を、それぞれ2×2cm2
の大きさに成形して純水中に配設した後、紫外光を照射
し純水中の溶存酸素量を測定した。結果を図4および図
5に示す。図4によれば、アナターゼ型酸化チタンであ
るサンプルA及びBでは、ルチル型酸化チタンであるサ
ンプルCに比べて、紫外線照射直後の最大溶存酸素濃度
が高かった。すなわちサンプルA及びBはサンプルCに
比べ水分解に優れていた。このことは酸化ルテニウムを
表面に担持されたサンプルでも同様であって、図5によ
れば、サンプルA’及びB’はサンプルC’に比べ水分
解に優れていた。また図4と図5の結果を比べると、酸
化ルテニウムを担持させたサンプルの方がそれを担持し
ないサンプルよりも水分解性能に優れていることがわか
った。なお、紫外線照射後、溶存酸素濃度が最高値を示
した後、時間と共に徐々に減少しているのは、紫外線照
射によってサンプルに生成した正孔と電子が照射直後は
水分解を促進させるので溶存酸素濃度は高くなるが、そ
の後純水中の溶存酸素がサンプル表面の電子を取り込ん
で酸素イオンとなり、サンプル表面に吸着するため、時
間と共に溶存酸素濃度が低くなると推測される。
(Evaluation of performance of water splitting) Ruthenium chloride (R
Samples A, B, and C were immersed in a solution having a uCl 4 ) concentration of 0.5 mM and then baked, whereby ruthenium oxide was supported on the surfaces of Samples A, B, and C. These were designated as samples A ', B', and C '. 10 ml of pure water was placed in a quartz glass tube, and samples A, B, and C and these samples A ′, B ′, and C ′ were each 2 × 2 cm 2.
And placed in pure water, and then irradiated with ultraviolet light to measure the amount of dissolved oxygen in the pure water. The results are shown in FIGS. According to FIG. 4, samples A and B, which are anatase-type titanium oxides, had a higher maximum dissolved oxygen concentration immediately after irradiation with ultraviolet light than sample C, which was a rutile-type titanium oxide. That is, Samples A and B were superior to Sample C in water decomposition. This is the same for the sample having ruthenium oxide supported on the surface. According to FIG. 5, the samples A ′ and B ′ were superior to the sample C ′ in water decomposition. In addition, comparing the results of FIG. 4 and FIG. 5, it was found that the sample supporting ruthenium oxide had better water splitting performance than the sample not supporting ruthenium oxide. After UV irradiation, the dissolved oxygen concentration showed the highest value and then gradually decreased with time. The reason is that holes and electrons generated in the sample by UV irradiation accelerated water decomposition immediately after irradiation. Although the oxygen concentration increases, it is assumed that the dissolved oxygen concentration decreases over time because dissolved oxygen in the pure water takes in the electrons on the sample surface to become oxygen ions and adsorbs on the sample surface.

【0027】[0027]

【発明の効果】請求項1の発明では、結晶表面と垂直方
向に(004)及び(112)の少なくとも一方の結晶
配向面を持つアナターゼ型酸化チタンの薄膜を基材上に
形成したので、従来に比べ高い光触媒活性が得られた。
請求項2の発明では、酸化チタン薄膜の膜厚を500n
m以上としたので、光触媒活性をより向上させることが
できた。請求項3の発明では、酸化チタン薄膜の表面に
金属または金属酸化物を担持させたので、電荷分離を促
進させて光触媒活性をさらに向上させることができた。
請求項4の発明では、前記金属酸化物の中でも酸化ルテ
ニウムを酸化チタン薄膜の表面に担持させたので水分解
における光触媒活性を向上させることができた。請求項
5の発明では、基材としてケイ素を主成分とするものを
用いるので、アナターゼ型酸化チタンが形成しやすくな
る。請求項6の発明では、ケイ素を主成分とする基板上
にチタン薄膜を形成し、その上に酸化チタンの薄膜を形
成するので、酸化チタン薄膜の剥離を有効に防止するこ
とができた。請求項7の発明では、ケイ素を主成分とす
る基板上に白金薄膜を形成し、その上にチタン薄膜を形
成し、そしてその上に酸化チタンの薄膜を形成するの
で、光触媒活性を格段に向上させることができた。
According to the first aspect of the present invention, a thin film of anatase type titanium oxide having at least one crystal orientation plane of (004) and (112) in the direction perpendicular to the crystal surface is formed on the substrate. A higher photocatalytic activity was obtained than in Example 1.
According to the invention of claim 2, the thickness of the titanium oxide thin film is set to 500 n
m or more, the photocatalytic activity could be further improved. According to the third aspect of the present invention, since the metal or metal oxide is supported on the surface of the titanium oxide thin film, the charge separation is promoted, and the photocatalytic activity can be further improved.
According to the invention of claim 4, since the ruthenium oxide among the metal oxides is supported on the surface of the titanium oxide thin film, the photocatalytic activity in water splitting can be improved. According to the fifth aspect of the present invention, since a base material containing silicon as a main component is used, anatase type titanium oxide is easily formed. According to the sixth aspect of the present invention, since a titanium thin film is formed on a substrate containing silicon as a main component and a titanium oxide thin film is formed thereon, the peeling of the titanium oxide thin film can be effectively prevented. According to the invention of claim 7, a platinum thin film is formed on a substrate containing silicon as a main component, a titanium thin film is formed thereon, and a titanium oxide thin film is formed thereon, so that the photocatalytic activity is significantly improved. I was able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 アセトアルデヒドの分解性能結果を示す図で
ある。
FIG. 1 is a graph showing the results of acetaldehyde decomposition performance.

【図2】 ボルタンメトリー法を用いた測定装置の概略
構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a measurement device using a voltammetry method.

【図3】 図2の測定装置で測定した結果を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a result measured by the measuring device of FIG. 2;

【図4】 水分解の性能評価を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing performance evaluation of water splitting.

【図5】 水分解の性能評価を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing performance evaluation of water splitting.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サンプル 2 ポテンショスタット 3 白金電極 4 参照電極 1 sample 2 potentiostat 3 platinum electrode 4 reference electrode

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01G 23/047 C01G 23/047 C04B 41/50 C04B 41/50 C30B 29/10 C30B 29/10 // C23C 16/40 C23C 16/40 (72)発明者 野島 秀雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 4F100 AA17B AA20A AA21B AB01B AB12C AB24D AH06A AK52A AT00A BA02 BA03 BA04 BA07 BA10A BA10B EH66 JA11B JL08 JM02B JM02C JM02D YY00B 4G047 CA02 CB04 CB08 CC03 CD02 CD07 4G069 AA03 BA04A BA04B BA18 BA48A BB02A BB02B BB04A BB04B BC50A BC50B BC70A BC70B BC75A BC75B CA10 CA17 CC33 EA07 EB15X EB15Y EC22X EC22Y EC28 EE06 FA03 FA04 FB03 4G077 AA03 BB04 DB06 ED06 HA20 4K030 BA01 BA18 BA42 BA46 BB01 BB03 CA04 CA12 LA11 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) C01G 23/047 C01G 23/047 C04B 41/50 C04B 41/50 C30B 29/10 C30B 29/10 // C23C 16/40 C23C 16/40 (72) Inventor Hideo Nojima 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 4F100 AA17B AA20A AA21B AB01B AB12C AB24D AH06A AK52A AT00A BA02 BA03 BA04 BA07 BA10A BA10B EH JL08 JM02B JM02C JM02D YY00B 4G047 CA02 CB04 CB08 CC03 CD02 CD07 4G069 AA03 BA04A BA04B BA18 BA48A BB02A BB02B BB04A BB04B BC50A BC50B BC70A BC70B BC75A BC75B CA10 EC17 EB03 A07 EC03 EA3X03 EB04 BA42 BA46 BB01 BB03 CA04 CA12 LA11

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶表面と垂直方向に、(004)及び
(112)の少なくとも一方の結晶配向面を持つアナタ
ーゼ型酸化チタンの薄膜を基材上に形成したことを特徴
とする光触媒材。
1. A photocatalyst material comprising a thin film of anatase type titanium oxide having at least one crystal orientation plane of (004) and (112) formed on a substrate in a direction perpendicular to the crystal surface.
【請求項2】 前記薄膜の膜厚が500nm以上である
請求項1記載の光触媒材。
2. The photocatalyst material according to claim 1, wherein said thin film has a thickness of 500 nm or more.
【請求項3】 前記薄膜の表面に金属又は金属酸化物を
担持させた請求項1又は2記載の光触媒材。
3. The photocatalyst material according to claim 1, wherein a metal or a metal oxide is supported on the surface of the thin film.
【請求項4】 前記金属酸化物が酸化ルテニウムである
請求項3記載の光触媒材。
4. The photocatalyst material according to claim 3, wherein said metal oxide is ruthenium oxide.
【請求項5】 前記基材がケイ素を主成分とするもので
ある請求項1〜4のいずれかに記載の光触媒材。
5. The photocatalyst material according to claim 1, wherein said base material contains silicon as a main component.
【請求項6】 ケイ素を主成分とする基板上にチタン薄
膜を形成し、その上に前記酸化チタンの薄膜を形成した
請求項5記載の光触媒材。
6. The photocatalyst material according to claim 5, wherein a titanium thin film is formed on a substrate containing silicon as a main component, and the titanium oxide thin film is formed thereon.
【請求項7】 前記チタン薄膜上に白金薄膜をさらに形
成し、その上に前記酸化チタンの薄膜を形成した請求項
6記載の光触媒材。
7. The photocatalyst material according to claim 6, wherein a platinum thin film is further formed on the titanium thin film, and the titanium oxide thin film is formed thereon.
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