JP2016137463A - Photocatalytic material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒材料に関し、より詳細には、可視光応答型の光触媒材料に関する。 The present invention relates to a photocatalytic material, and more particularly to a visible light responsive photocatalytic material.
光触媒材料は、半導体物性を有し、バンドギャップ以上の光を照射することで、電子正孔対が伝導帯および価電子帯に生成する。その結果、電子正孔対の酸化還元作用により、光触媒材料表面およびその近傍に、水酸基ラジカルやスーパーオキサイドイオンなどの活性酸素種が発生する。光触媒材料は、これら活性酸素種の酸化力や親水化により、有機物分解作用や自己洗浄作用を持つ物質である。 The photocatalytic material has semiconductor physical properties, and an electron-hole pair is generated in a conduction band and a valence band by irradiating light with a band gap or more. As a result, active oxygen species such as hydroxyl radicals and superoxide ions are generated on and around the surface of the photocatalytic material by the redox action of electron-hole pairs. The photocatalytic material is a substance that has an organic substance decomposing action and a self-cleaning action by oxidizing power and hydrophilization of these active oxygen species.
光触媒材料の中でも、酸化チタンの光触媒効果は高く、広く研究されている。しかし、酸化チタンは、バンドギャップが大きく紫外光は吸収するが、可視光は吸収しない。したがって、酸化チタンは、紫外光では光触媒活性を示すが、可視光による活性を示さないため、紫外線量の極めて少ない室内環境では光触媒効果を発揮できない。 Among photocatalytic materials, titanium oxide has a high photocatalytic effect and has been widely studied. However, titanium oxide has a large band gap and absorbs ultraviolet light but does not absorb visible light. Therefore, titanium oxide exhibits photocatalytic activity under ultraviolet light, but does not exhibit visible light activity, and therefore cannot exhibit a photocatalytic effect in an indoor environment with a very small amount of ultraviolet light.
一方、可視光応答型の光触媒材料としては、酸化タングステンが知られている。しかし、酸化タングステンは、伝導帯の下端電位が酸素の酸化還元電位より正であるため、伝導帯に励起された電子では、酸素の還元が困難である。そのため、逆に電子が正孔との再結合を起こし、酸化タングステン単体では高い光触媒活性を示さない。 On the other hand, tungsten oxide is known as a visible light responsive photocatalytic material. However, since tungsten oxide has a lower potential at the lower end of the conduction band than the redox potential of oxygen, it is difficult to reduce oxygen with electrons excited in the conduction band. Therefore, on the contrary, electrons cause recombination with holes, and tungsten oxide alone does not show high photocatalytic activity.
そこで、酸化タングステン粒子表面に、電子吸引性物質(助触媒)を形成することにより、可視光応答型光触媒として利用できることが知られている。この可視光応答型光触媒では、光照射によって伝導帯に励起された電子と価電子帯に生成した正孔との再結合が抑制されるため、酸化タングステン粒子の光触媒活性が高められる。 Therefore, it is known that an electron-withdrawing substance (co-catalyst) is formed on the surface of tungsten oxide particles and can be used as a visible light responsive photocatalyst. In this visible light responsive photocatalyst, recombination between electrons excited in the conduction band by light irradiation and holes generated in the valence band is suppressed, so that the photocatalytic activity of the tungsten oxide particles is enhanced.
例えば、特許文献1には、一次粒子径3nm〜20nmの白金粒子が、酸化タングステン粒子表面に、酸化タングステン粒子100重量部あたり0.03〜5重量部担持された光触媒が開示されている。さらに、この光触媒は、酸化タングステン粒子の表面の少なくとも一部において、上記白金粒子が互いに接した状態(数珠状)でそれぞれ独立して表面に担持されることで、光触媒活性が高くなる。
For example,
また、酸化タングステンは、アルカリ溶液に溶解しやすい性質があるため、喫煙室やトイレなどで発生するアンモニアなどの塩基性ガスで光触媒活性が低下する可能性がある。また、例えば、酸化タングステンをコーティングした壁面を家庭用の塩基性洗剤などで拭いて洗浄した場合も、同様に光触媒活性が低下する可能性がある。 In addition, since tungsten oxide is easily dissolved in an alkaline solution, the photocatalytic activity may be reduced by a basic gas such as ammonia generated in a smoking room or a toilet. In addition, for example, when the wall surface coated with tungsten oxide is cleaned by wiping with a household basic detergent, the photocatalytic activity may similarly decrease.
そこで、特許文献2には、酸化タングステンおよび酸化タングステン表面に担持された助触媒を部分的に酸化チタンで被覆することで、被覆していない酸化タングステンよりも、高い光触媒活性を有するため、気相中の揮発性芳香族化合物を速やかに分解することが開示されている。
Therefore, in
しかし、従来の酸化タングステン系光触媒の光触媒活性は依然として低く、光触媒活性の向上が求められている。 However, the photocatalytic activity of the conventional tungsten oxide photocatalyst is still low, and improvement of the photocatalytic activity is demanded.
そこで、本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の酸化タングステン系光触媒よりも光触媒活性の高い光触媒材料を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a photocatalytic material having a higher photocatalytic activity than a conventional tungsten oxide photocatalyst.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光触媒材料は、酸化タングステンを含むコア粒子と、上記コア粒子の表面に担持された助触媒とを含む光触媒材料において、
ハロゲンがドープされていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a photocatalyst material according to an aspect of the present invention is a photocatalyst material including core particles containing tungsten oxide and a promoter supported on the surface of the core particles.
It is characterized by being doped with halogen.
本発明の一態様によれば、酸化タングステン系の光触媒材料の光触媒活性を高めることができるという効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention, there is an effect that the photocatalytic activity of a tungsten oxide photocatalytic material can be increased.
酸化タングステンが低光触媒活性ながら光触媒効果を示すのは、伝導帯に励起された電子が酸素の2電子還元反応や4電子還元反応を通して、活性酸化種を発生させ、その活性酸化種の酸化分解反応に起因するのではないかと考えられている。 Tungsten oxide exhibits a photocatalytic effect while having low photocatalytic activity. Electrons excited in the conduction band generate an active oxidizing species through a two-electron reduction reaction or a four-electron reduction reaction of oxygen, and an oxidative decomposition reaction of the active oxidizing species. It is thought that it is caused by.
しかし、酸素の多電子還元反応を効率よく進行させるには、伝導帯に励起された電子を、光触媒粒子の表面やその表面に担持された助触媒(貴金属など)へ運ぶ必要がある。 However, in order to efficiently proceed the multi-electron reduction reaction of oxygen, it is necessary to transport the electrons excited in the conduction band to the surface of the photocatalyst particle and a promoter (noble metal or the like) supported on the surface.
本発明者等が鋭意検討した結果、酸化タングステン系の光触媒材料に、n型不純物となるハロゲンを含有させることにより、光触媒活性が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies by the present inventors, the present inventors have found that the photocatalytic activity is improved by adding halogen as an n-type impurity to the tungsten oxide photocatalyst material, thereby completing the present invention.
〔実施形態1〕
本発明の一実施形態について、図1に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る光触媒材料1Aを模式的に示す断面図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a photocatalytic material 1A according to the present embodiment.
図1に示すように、光触媒材料1Aは、コア粒子2と、コア粒子2の表面に担持された助触媒3とを含んでいる。さらに、光触媒材料1Aは、図示しないが、不純物としてハロゲンを含有している。
As shown in FIG. 1, the
(コア粒子2)
光触媒材料1Aでは、コア粒子2は、酸化タングステン粒子から構成されている。したがって、光触媒材料1Aは、可視光の照射によって光触媒活性を示す可視光応答型の光触媒材料である。なお、本実施形態1のコア粒子2は酸化タングステンから構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、コア粒子2は少なくとも酸化タングステンを含んでいればよい。
(Core particle 2)
In the photocatalytic material 1A, the
コア粒子2の粒径は、特に限定されるものではないが、5nm以上、100nm以下であることが好ましい。粒径が5nmより小さいと凝集しやすくなり、100nmより大きいと光触媒活性が低下する。なお、ここでいうコア粒子2の粒径は、BET比表面積に基づいて算出された平均粒径である。コア粒子2は、粒径の均一な粒子からなるものであっても、粒径の不均一な粒子の混合物からなるものであってもよい。すなわち、コア粒子2の粒度分布の広がり(大きさ)および分布形状は特に限定されるものではなく、粒度分布のピークが複数存在してもよい。
The particle diameter of the
コア粒子2を構成する酸化タングステンの製法は一般的な方法でよく、例えばパラタングステン酸アンモニウム(APT)を加熱分解する方法、金属タングステン粉末を酸素雰囲気中で加熱する方法などが挙げられる。上記方法によって得られる酸化タングステンの粒径分布が大きい場合は、適当なフィルターを介して粒径の大きい酸化タングステンを除去してから用いる。また、市販の酸化タングステンを用いてもよい。
The manufacturing method of tungsten oxide constituting the
また、コア粒子2を構成する酸化タングステンは、可視光の照射によって光触媒活性を有するものであればよく、例えば、WO3、W25O73、W20O58、W24O68などが挙げられる。
Further, the tungsten oxide constituting the
(助触媒3)
助触媒3は、コア粒子2の表面に担持されている。助触媒3は、光触媒材料1Aの光触媒活性を高める。助触媒3は、電子吸引性を有する金属または金属化合物から構成される。助触媒3を構成する金属としては、例えば、銅、白金、パラジウム、鉄、銀、金、ニッケル、ルテニウム、イリジウム、ニオブ、モリブデンなどが挙げられる。助触媒3を構成する金属化合物としては、例えば、助触媒3を構成する金属の塩化物、臭化物、沃化物、酸化物、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、燐酸塩、有機酸塩などが挙げられる。
(Cocatalyst 3)
The
コア粒子2表面に助触媒3の形成する方法としては、(1)コア粒子2を構成する酸化タングステン粒子と、助触媒3を構成する金属粒子または金属化合物粒子とを混練する方法や、(2)コア粒子2を構成する酸化タングステン粒子を、助触媒3を構成する金属または金属化合物を含む溶液に添加した後、得られた溶液を加熱するあるいは得られた溶液に光照射してコア粒子2の表面に助触媒3を構成する金属または金属化合物を析出させる方法などが挙げられる。
As a method for forming the
助触媒3を構成する金属または金属化合物の添加量(すなわち、コア粒子2の表面に担持される助触媒3の担持量)は、コア粒子2を構成する酸化タングステンの重量に対して、0.01重量%以上、3重量%以下であることが好ましい。助触媒3が金属化合物である場合、上記金属化合物の添加量(助触媒3の担持量)は、金属化合物中の金属の量を示す。上記金属または金属化合物の添加量が0.01重量%より少ない量であると、助触媒3としての効果が小さくなり、高い光触媒活性が得られない。また、金属または金属化合物の添加量が3重量%より多い量であると、コア粒子2の表面を覆う助触媒3の量が多くなる。その結果、コア粒子2に届く光量が減少するため、やはり高い光触媒活性が得られない。
The addition amount of the metal or metal compound constituting the promoter 3 (that is, the loading amount of the
(不純物のハロゲン)
光触媒材料1Aには、ハロゲンがドープされている。すなわち、光触媒材料1Aは、n型不純物として添加されたハロゲンを含有する。n型不純物として添加されたハロゲンは、光触媒材料1Aのコア粒子2または助触媒3の少なくとも一方に含有されていればよく、コア粒子2に含有されていることが好ましい。また、光触媒材料1Aには、塩素、フッ素、臭素、およびヨウ素の少なくとも1つがドープされていることが好ましく、原料の入手および取扱いの簡易さの観点から、塩素がドープされていることがより好ましい。
(Impurity halogen)
The photocatalytic material 1A is doped with halogen. That is, the photocatalytic material 1A contains a halogen added as an n-type impurity. The halogen added as an n-type impurity may be contained in at least one of the
光触媒材料1Aにハロゲンをドープする方法は、特に限定されるものではなく、例えば、コア粒子2、または、助触媒3を担持したコア粒子2を、非金属ハロゲン化物で処理する方法が挙げられる。例えば、非金属ハロゲン化物を単独でまたは適当な溶媒に溶解させ、その溶液中に、コア粒子2、または、助触媒3を担持したコア粒子2を浸漬する方法によって、光触媒材料1Aにn型不純物としてハロゲンを添加することができる。
The method of doping the photocatalyst material 1A with halogen is not particularly limited, and examples thereof include a method of treating the
本明細書において「非金属ハロゲン化物」とは、金属元素を含有せず、少なくとも1種のハロゲン元素を含有する化合物を示す。また、「非金属ハロゲン化物」の範疇には、ハロゲン単体(塩素、フッ素、臭素、ヨウ素など)も包含される。 In the present specification, the “non-metal halide” refers to a compound containing no metal element and containing at least one halogen element. In addition, the category of “non-metal halide” includes halogen alone (chlorine, fluorine, bromine, iodine, etc.).
上記非金属ハロゲン化物としては、ハロゲン化水素、ハロゲン化水素酸、ハロゲン化アンモニウムなどが挙げられる。ハロゲン化水素としては、例えば、塩化水素、フッ化水素、臭化水素、またはヨウ化水素などが挙げられる。ハロゲン化水素酸は、ハロゲン化水素の水溶液であり、例えば、塩化水素酸(塩酸)、フッ化水素(フッ酸)、臭化水素(臭酸)、またはヨウ化水素(ヨウ酸)などが挙げられる。ハロゲン化アンモニウムとしては、例えば、塩化アンモニウム、フッ化アンモニウム、臭化アンモニウム、およびヨウ化アンモニウムなどが挙げられる。 Examples of the nonmetal halide include hydrogen halide, hydrohalic acid, and ammonium halide. Examples of the hydrogen halide include hydrogen chloride, hydrogen fluoride, hydrogen bromide, and hydrogen iodide. Hydrohalic acid is an aqueous solution of hydrogen halide, and examples thereof include hydrochloric acid (hydrochloric acid), hydrogen fluoride (hydrofluoric acid), hydrogen bromide (odoric acid), and hydrogen iodide (iodic acid). It is done. Examples of the ammonium halide include ammonium chloride, ammonium fluoride, ammonium bromide, and ammonium iodide.
以上のように、本実施形態の光触媒材料1Aは、n型不純物として添加されたハロゲンを含有している。これにより、酸化タングステン系の光触媒材料1Aの光触媒活性を高めることができる。光触媒材料1Aの光触媒活性が向上する原理は不明である。しかし、ハロゲンがドープされることにより、光触媒材料1Aの電気伝導性が向上することによって、光触媒活性が向上していると考えられる。すなわち、光触媒材料1Aは、n型不純物であるハロゲンがドープされることによって、n型半導体となっている。通常、n型半導体は、室温程度でドナーから電子が伝導帯に励起される。このため、ハロゲンがドープされた光触媒材料1Aにおいても、ドープされたハロゲン(ドナー)から電子が、酸化タングステン(コア粒子2)の伝導帯に励起される。このため、光触媒材料1Aには、光照射(可視光の照射)前から、励起された電子が存在することになる。その結果、その電子の存在により、光触媒材料1Aへの光照射後に伝導帯に励起された電子が助触媒3に流れやすくなる。これにより、光触媒材料1Aの電気伝導度が向上し、光触媒活性が向上すると考えられる。したがって、可視光照射下にて優れた光触媒活性を有する酸化タングステン系の光触媒材料1Aを提供することができる。
As described above, the photocatalytic material 1A of the present embodiment contains halogen added as an n-type impurity. Thereby, the photocatalytic activity of the tungsten oxide photocatalytic material 1A can be enhanced. The principle of improving the photocatalytic activity of the photocatalytic material 1A is unknown. However, it is considered that the photocatalytic activity is improved by doping the halogen and improving the electrical conductivity of the photocatalytic material 1A. That is, the photocatalytic material 1A is an n-type semiconductor by being doped with halogen, which is an n-type impurity. Usually, in an n-type semiconductor, electrons from a donor are excited to a conduction band at about room temperature. For this reason, also in the photocatalytic material 1A doped with halogen, electrons from the doped halogen (donor) are excited to the conduction band of tungsten oxide (core particle 2). For this reason, in the photocatalyst material 1A, excited electrons exist before light irradiation (visible light irradiation). As a result, the presence of the electrons facilitates the electrons excited in the conduction band after light irradiation to the photocatalyst material 1A to flow to the
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図2に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図2は、本実施形態に係る光触媒材料1Bを模式的に示す断面図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the
図2に示されるように、本実施形態に係る光触媒材料1Bは、コア粒子2および助触媒3の表面全体が、シェル層4によって被覆されている点のみが、実施形態1の光触媒材料1Aと異なっている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態の光触媒材料1Bにおいても、実施形態1の光触媒材料1Aと同様に、ハロゲンがドープされている。光触媒材料1Bにn型不純物として添加されたハロゲンは、コア粒子2、助触媒3、シェル層4の少なくとも1つに含有されていればよく、コア粒子2に含有されていることが好ましい。
Also in the
シェル層4は、コア粒子2および助触媒3の表面全体を完全に被覆している。シェル層4は、酸化チタンから構成することが好ましい。
The
シェル層4は、厚さが1nmよりも小さいと、コア粒子2の表面および助触媒3の表面を完全に被覆することができない。また、シェル層4は、厚さが50nmよりも大きいと、コア粒子2の光触媒活性が低下する。したがって、シェル層4の厚さは、1nm以上、50nm以下であることが好ましい。
If the thickness of the
コア粒子2に対するシェル層4の重量比は、1.0以下であることが好ましく、0.01以上、1.0以下であることがより好ましい。これにより、耐アルカリ性を有し、かつ光触媒活性に優れた光触媒材料1Bを提供することが可能になる。なお、耐アルカリ性とは、耐アルカリ処理を実施した後の、光触媒材料1Bの残存率を示す。具体的には、耐アルカリ処理前の光触媒材料1Bの重量をWa、耐アルカリ処理後の光触媒材料1Aの重量をWbとしたとき、耐アルカリ性は(Wa−Wb)/Wa×100で算出される値である。耐アルカリ処理は、例えば、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に光触媒材料1Bを24時間浸漬させて実施することができる。
The weight ratio of the
シェル層4が酸化チタン層である場合、助触媒3が形成されたコア粒子2をシェル層4によって被覆する方法は、助触媒3が形成されたコア粒子2を分散させた溶液中に、酸化チタン前駆体を含む溶液を添加することにより、コア粒子2である酸化タングステン粒子の表面、および該酸化タングステン粒子表面に形成された助触媒3の表面に、酸化チタン層を成長させる方法(いわゆる溶液法)が挙げられる。このような溶液法では、酸化チタン前駆体を含む溶液の添加後の溶液中で酸化チタン前駆体が、コア粒子2及び助触媒3の表面に酸化チタン層として徐々に成長しながら均一に形成されていく。このとき、形成された酸化チタン層は非結晶質であり得る。
When the
上記酸化チタン前駆体としては、チタンテトライソプロポキシドなどのアルコキシド、チタンアセチルアセトネートやチタンラクテートなどの錯体、塩化チタン水溶液や硫酸チタン水溶液などのチタン水溶液が用いられる。 As the titanium oxide precursor, an alkoxide such as titanium tetraisopropoxide, a complex such as titanium acetylacetonate or titanium lactate, or an aqueous titanium solution such as an aqueous titanium chloride solution or an aqueous titanium sulfate solution is used.
なお、特許文献1には、酸化チタン前駆体を含む溶液中に酸化タングステン粒子を添加し溶液中の溶媒を揮発させることにより、酸化タングステン粒子表面に酸化チタン層を析出させる方法(いわゆる含浸法)が記載されている。しかし、含浸法では、コア粒子の表面に酸化チタン前駆体を付着させた後に、加熱して酸化チタン層を形成するため、均一に酸化チタン層が形成されず、コア粒子の表面およびコア粒子に担持された助触媒の表面を、酸化チタン層によって完全に被覆することはできない。
In
シェル層4が酸化チタン層である場合、形成後に加熱処理して得られた結晶性酸化チタンからなることが好ましい。なぜなら、非結晶性酸化チタンよりも、結晶性酸化チタンの方がシェル層4を緻密化させるからである。これにより、非結晶質の酸化チタンから構成されるシェル層4を有する光触媒材料よりも、結晶性酸化チタンから構成されるシェル層4を有する光触媒材料1Bの方が高いアルカリ耐性を有する。
When the
シェル層4を構成する結晶性酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれか一方、またはこれらの混合物が好適である。アナターゼ型の酸化チタンは、大気中で400℃以上の温度で加熱することによって得られる。一方、ルチル型の酸化チタンは、900℃以上の温度で加熱することによって得られる。ただし、上記温度以下であっても、製造条件によっては、部分的にはアナターゼ型、ルチル型の酸化チタンが形成されることもある。
As the crystalline titanium oxide constituting the
以上のように、本実施形態の光触媒材料1Bは、光触媒材料1Aの構成に加えて、コア粒子2の表面および助触媒3の表面全体を被覆するシェル層4を備えている。これにより、光触媒材料1Aが奏する効果に加えて、酸化タングステン表面に酸化チタンが被覆されていない部分が存在する従来の光触媒材料よりも耐アルカリ性が高い酸化タングステン系の光触媒材料1Bを提供することが可能となる。
As described above, the
また、シェル層4が酸化チタン層である場合、紫外光の照射によっても光触媒活性を示す光触媒材料1Bを提供することが可能となる。
Further, when the
〔実施形態3〕
次に、本発明のさらに他の実施形態について、図3に基づいて説明する。図3は、本実施形態に係る光触媒材料1Cを模式的に示す断面図である。なお、実施形態2の場合と同様に、説明の便宜上、実施形態1,2にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the photocatalytic material 1C according to the present embodiment. As in the case of the second embodiment, for the sake of convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図3に示されるように、本実施形態に係る光触媒材料1Cは、コア粒子2の代わりに、コア粒子2aを備える点が、実施形態1の光触媒材料1Aと異なっている。本実施形態の光触媒材料1Cにおいても、実施形態1,2の光触媒材料1A,1Bと同様に、ハロゲンがドープされている。光触媒材料1Cにn型不純物として添加されたハロゲンは、コア粒子2aまたは助触媒3の少なくとも1方に含有されていればよく、コア粒子2aに含有されていることが好ましい。
As shown in FIG. 3, the
コア粒子2aは、酸化タングステンと金属酸化物との複合体から構成されている。複合体を構成する金属酸化物は、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅、酸化白金、酸化パラジウム、酸化銀、酸化金、酸化ニッケル、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化ニオブ、および酸化モリブデンからなる群から選択される1つ以上の酸化物を挙げることができる。この金属酸化物は、酸化タングステンとは異なる波長域の光を吸収するものであることが好ましく、酸化チタン、酸化鉄、および酸化亜鉛からなる群から選択される1つ以上の酸化物であることがより好ましい。すなわち、コア粒子2aは、酸化タングステン以外に、1種類の金属酸化物を含有していてもよいし、複数種類の金属酸化物を含有していてもよい。
The
コア粒子2aの粒径は、実施形態1の光触媒材料1Aにおけるコア粒子2の粒径と同様に、5nm以上、100nm以下であることが好ましい。粒径が5nmより小さいと凝集しやすくなり、100nmより大きいと光触媒活性が低下する。
The particle diameter of the
複合体のコア粒子2aを構成する金属酸化物は、酸化タングステンに対して、0.01重量%より大きく、100重量%より小さいことが望ましい。0.01重量%より小さいと、金属酸化物の混合効果が発現せず、100重量%より大きいと酸化タングステンの混合効果が発現しない。
The metal oxide constituting the
コア粒子2aを構成する酸化タングステンと金属酸化物との混合体において、金属酸化物は、酸化タングステンとは異なる光の波長を吸収することができる。具体的には、酸化タングステンの吸収端が460nm付近である。このため、上記金属酸化物が酸化チタンなどである場合、紫外光の照射によっても光触媒活性を示す光触媒材料1Cを提供することが可能となる。一方、上記金属酸化物が酸化銅などである場合、吸収端は620nm付近であり、酸化タングステンよりも長波長域に及ぶ。そのため、コア粒子2aは、酸化タングステン単体から構成されるコア粒子2よりも、長波長域の光を吸収することができる。このため、可視光照射時における光触媒材料1Cの光触媒活性を向上させることが可能となる。
In the mixture of tungsten oxide and metal oxide constituting the
酸化タングステンと、酸化タングステン以外の金属酸化物との複合体の作製方法としては、酸化タングステン粒子と金属酸化物粒子とを混練する方法や、酸化タングステン粒子を金属酸化物前駆体溶液に添加し、溶液中の溶媒を揮発させる方法などが挙げられる。 As a method for producing a composite of tungsten oxide and a metal oxide other than tungsten oxide, a method of kneading tungsten oxide particles and metal oxide particles, or adding tungsten oxide particles to a metal oxide precursor solution, Examples include a method of volatilizing the solvent in the solution.
作製したコア粒子2aに対し、実施形態1にて説明した方法により助触媒3を形成することにより、光触媒材料1Cが得られる。
A photocatalyst material 1C is obtained by forming the
以上のように、本実施形態の光触媒材料1Cは、光触媒材料1Aとは異なるコア粒子2aを備え、コア粒子2aが、酸化タングステンに加え、酸化タングステン以外の金属酸化物から構成されている。これにより、光触媒材料1Aが奏する効果に加えて、より広範囲の波長の光を吸収することができる。そのため、実施形態1,2の光触媒材料1A,1Bとは光触媒活性を示す波長が異なる光触媒材料1Cを提供することが可能となる。
As described above, the photocatalytic material 1C of the present embodiment includes the
〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、図4に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図4は、本実施形態に係る光触媒材料1Dを模式的に示す断面図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態1〜3にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the
図4に示されるように、本実施形態に係る光触媒材料1Dは、コア粒子2aおよび助触媒3の表面全体が、シェル層4によって被覆されている点のみが、実施形態3の光触媒材料1Cと異なっている。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態の光触媒材料1Dにおいても、実施形態1〜3の光触媒材料1A、1B,1Cと同様に、ハロゲンがドープされている。光触媒材料1Dにn型不純物として添加されたハロゲンは、コア粒子2a、助触媒3、シェル層4の少なくとも1つに含有されていればよく、コア粒子2に含有されていることが好ましい。
Also in the
シェル層4は、実施形態2の光触媒材料1Bと同様に、コア粒子2aおよび助触媒3の表面全体を完全に被覆している。シェル層4は、酸化チタンから構成することが好ましい。
The
以上のように、本実施形態の光触媒材料1Dは、光触媒材料1Cの構成に加えて、コア粒子2aの表面および助触媒3の表面全体を被覆するシェル層4を備えている。これにより、光触媒材料1Cが奏する効果に加えて、酸化タングステン表面に酸化チタンが被覆されていない部分が存在する従来の光触媒材料よりも耐アルカリ性が高い酸化タングステン系の光触媒材料1Dを提供することが可能となる。
As described above, the
また、シェル層4が酸化チタン層である場合、紫外光の照射によっても光触媒活性を示す光触媒材料1Dを提供することが可能となる。
Further, when the
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る光触媒材料1A〜1Dは、酸化タングステンを含むコア粒子2,2aと、上記コア粒子2,2aの表面に担持された助触媒3とを含む光触媒材料1A〜1Dにおいて、ハロゲンがドープされていることを特徴としている。
[Summary]
Photocatalyst materials 1A to 1D according to
上記の発明によれば、n型不純物として添加されたハロゲンを含有している。これにより、酸化タングステン系の光触媒材料1Aの光触媒活性を高めることができる。 According to said invention, the halogen added as an n-type impurity is contained. Thereby, the photocatalytic activity of the tungsten oxide photocatalytic material 1A can be enhanced.
本発明の態様2に係る光触媒材料1A〜1Dでは、上記態様1において、上記コア粒子2,2aは、酸化タングステン粒子から構成されているか、または、酸化タングステン粒子と、酸化タングステン以外の金属酸化物との複合体から構成されていてもよい。
In the photocatalyst materials 1A to 1D according to
上記の発明によれば、コア粒子2が酸化タングステン粒子からなる場合には、光触媒材料の組成を簡素化することができる。一方、コア粒子が、酸化タングステンと金属酸化物との複合体から形成されている場合には、金属酸化物が、酸化タングステンとは異なる波長の光を吸収する。したがって、より広い範囲の波長の光を吸収して光触媒作用を発揮することができる。
According to said invention, when the
本発明の態様3に係る光触媒材料1B,1Dでは、上記態様1または2において、上記コア粒子2,2aおよび助触媒3の表面全体を被覆するシェル層4を備えることが好ましい。
In the
上記の発明によれば、酸化タングステン表面に酸化チタンが被覆されていない部分が存在する従来の光触媒材料よりも耐アルカリ性が高い酸化タングステン系の光触媒材料1B,1Dを提供することが可能となる。
According to the above invention, it becomes possible to provide tungsten
本発明の態様4に係る光触媒材料1B,1Dでは、上記態様3において、上記シェル層4は、酸化チタンから構成されていることが好ましい。
In the
上記の発明によれば、シェル層4が酸化チタン層であるため、紫外光の照射によっても光触媒活性を示す光触媒材料1B,1Dを提供することが可能となる。
According to said invention, since the
本発明の態様5に係る光触媒材料1A〜1Dでは、上記態様1〜4において、上記ドープされたハロゲンが、塩素であってもよい。 In the photocatalyst materials 1A to 1D according to the fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, the doped halogen may be chlorine.
上記の発明によれば、ドープされたハロゲンが塩素であるため、原料の入手が容易であり、取扱いも簡易な光触媒材料を提供することができる。 According to the above invention, since the doped halogen is chlorine, it is possible to provide a photocatalytic material that is easily available and easy to handle.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
(実験例1)
市販の酸化タングステン(キシダ化学、99.9%)135gをイオン交換水1215g中に分散させた後、ビーズミル装置(日本コークス工業、MSC50)を用いて、粉砕、分散を行い、酸化タングステン粒子の分散液を得た。上記ビーズミル装置の運転条件は、ビーズ径φ0.1mm(ニッカトー)、周速10m/s、処理時間360分とした。
(Experimental example 1)
Disperse tungsten oxide particles by dispersing 135 g of commercially available tungsten oxide (Kishida Chemical, 99.9%) in 1215 g of ion-exchanged water, followed by pulverization and dispersion using a bead mill (Nihon Coke Industries, MSC50). A liquid was obtained. The operation conditions of the bead mill apparatus were a bead diameter of 0.1 mm (Nikkato), a peripheral speed of 10 m / s, and a processing time of 360 minutes.
続いて、得られた酸化タングステン粒子の分散液に、酸化タングステン粒子の重量に対して、白金単体での重量の割合が0.025重量%となるように、ヘキサクロロ白金(VI)・6水和物(キシダ化学、98.5%)を溶解させた。その後、上記分散液を100℃で加熱して、水分を蒸発させた後、400℃で30分焼成することにより、0.025重量%の白金(助触媒)を担持させた酸化タングステン粒子(コア粒子)を得た。 Subsequently, hexachloroplatinum (VI) hexahydrate was added to the obtained dispersion of tungsten oxide particles so that the weight ratio of platinum alone to the weight of tungsten oxide particles was 0.025 wt%. The product (Kishida chemistry, 98.5%) was dissolved. Thereafter, the dispersion is heated at 100 ° C. to evaporate water, and then calcined at 400 ° C. for 30 minutes, whereby tungsten oxide particles (core) supporting 0.025 wt% platinum (promoter) are supported. Particles).
得られた白金を担持させた酸化タングステン粒子を、白金を担持させた酸化タングステン粒子1g当たり、塩酸(キシダ化学、35.0%)2.5mLおよびイオン交換水5mLの割合で希釈した水溶液(塩酸:イオン交換水の体積比=1:2)中にて浸漬させた後、100℃に加熱することにより水分を蒸発させた。これにより、白金を担持させた酸化タングステン粒子にハロゲンとして塩素をドープした光触媒材料を得た。 An aqueous solution (hydrochloric acid) obtained by diluting the obtained tungsten oxide particles supporting platinum with a ratio of 2.5 mL of hydrochloric acid (Kishida Chemical, 35.0%) and 5 mL of ion-exchanged water per 1 g of tungsten oxide particles supporting platinum. : Volume ratio of ion-exchanged water = 1: 2), and then water was evaporated by heating to 100 ° C. As a result, a photocatalytic material in which tungsten oxide particles carrying platinum were doped with chlorine as a halogen was obtained.
次に、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性の評価のために、下記の方法を用いて光触媒活性(分解速度定数)の測定を行った。まず、得られた光触媒材料1.3gをシャーレに入れ、そのシャーレを5Lのガスバッグに入れ、さらにアセトアルデヒドを500ppmの濃度となるように、そのガスバッグ内に導入した。その後、そのガスバッグに対して青色LED(波長450nm、光触媒材料への照射強度7mW/cm2)を照射し、アセトアルデヒドの残存量の経時変化をガス検知管で測定した。測定したアセトアルデヒドの残存量の対数表示を縦軸に、横軸に経過時間をとり、そのグラフの勾配の大きさを算出し、その値を分解速度定数と定義した。その分解速度定数の値に基づき、ガス分解性能、すなわち光触媒材料の光触媒活性を評価した。 Next, the photocatalytic activity (decomposition rate constant) was measured using the following method in order to evaluate the photocatalytic activity of the obtained photocatalytic material due to visible light irradiation of environmental pollutants. First, 1.3 g of the obtained photocatalytic material was put in a petri dish, the petri dish was put in a 5 L gas bag, and acetaldehyde was further introduced into the gas bag so as to have a concentration of 500 ppm. Thereafter, the gas bag was irradiated with a blue LED (wavelength: 450 nm, irradiation intensity of the photocatalyst material: 7 mW / cm 2 ), and the change over time in the residual amount of acetaldehyde was measured with a gas detector tube. The logarithmic display of the measured residual amount of acetaldehyde was taken on the vertical axis, the elapsed time on the horizontal axis, the magnitude of the gradient of the graph was calculated, and the value was defined as the decomposition rate constant. Based on the value of the decomposition rate constant, the gas decomposition performance, that is, the photocatalytic activity of the photocatalytic material was evaluated.
実験例1にて得られた光触媒材料の分解速度定数は、3.84[/h]であった。 The decomposition rate constant of the photocatalyst material obtained in Experimental Example 1 was 3.84 [/ h].
(実験例2)
白金を担持させた酸化タングステン粒子1gを、塩酸を0.25mLとイオン交換水5mLの割合で希釈した水溶液(塩酸:イオン交換水の体積比=1:20)中にて浸漬させた以外は、実験例1と同様の方法で、白金を担持させた酸化タングステン粒子にハロゲンとして塩素をドープした光触媒材料を得た。
(Experimental example 2)
Except for immersing 1 g of tungsten oxide particles carrying platinum in an aqueous solution (hydrochloric acid: ion exchanged water volume ratio = 1: 20) diluted with 0.25 mL of hydrochloric acid and 5 mL of ion exchanged water, In the same manner as in Experimental Example 1, a photocatalytic material in which platinum as a tungsten oxide particle on which chlorine was doped as a halogen was obtained.
次に、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価も、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、3.07[/h]であった。 Next, the measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were also performed in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 3.07 [/ h].
(実験例3)
白金を担持させた酸化タングステン粒子1gを、塩酸を1.25mLとイオン交換水5mLの割合で希釈した水溶液(塩酸:イオン交換水の体積比=1:4)中にて浸漬させた以外は、実験例1と同様の方法で、白金を担持させた酸化タングステン粒子にハロゲンとして塩素をドープした光触媒材料を得た。
(Experimental example 3)
Except for immersing 1 g of tungsten oxide particles supporting platinum in an aqueous solution (hydrochloric acid: ion-exchanged water volume ratio = 1: 4) diluted with 1.25 mL of hydrochloric acid and 5 mL of ion-exchanged water, In the same manner as in Experimental Example 1, a photocatalytic material in which platinum as a tungsten oxide particle on which chlorine was doped as a halogen was obtained.
次に、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価を、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、3.33[/h]であった。 Next, the measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were carried out in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 3.33 [/ h].
(実験例4)
白金を担持させた酸化タングステン粒子1gを、塩酸を5mLとイオン交換水5mLの割合で希釈した水溶液(塩酸:イオン交換水の体積比=1:1)中にて、浸漬させた以外は、実験例1と同様の方法で、白金を担持させた酸化タングステン粒子にハロゲンとして塩素をドープした光触媒材料を得た。
(Experimental example 4)
Experiments were conducted except that 1 g of tungsten oxide particles carrying platinum was immersed in an aqueous solution (hydrochloric acid: ion-exchanged water volume ratio = 1: 1) diluted with 5 mL of hydrochloric acid and 5 mL of ion-exchanged water. In the same manner as in Example 1, a photocatalytic material in which platinum as a tungsten oxide particle doped with chlorine as a halogen was obtained.
次に、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価も、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、3.59[/h]であった。 Next, the measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were also performed in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 3.59 [/ h].
(比較例1)
塩酸を用いた浸漬を実施しないこと以外は、実験例1と同様の方法を用いて光触媒材料を調製し、塩素をドープしない白金を担持した酸化タングステン粒子から構成された光触媒材料を得た。得られた光触媒材料を組成分析した結果、塩素は検出されなかった。
(Comparative Example 1)
A photocatalytic material was prepared using the same method as in Experimental Example 1 except that immersion using hydrochloric acid was not performed, and a photocatalytic material composed of tungsten oxide particles carrying platinum not doped with chlorine was obtained. As a result of analyzing the composition of the obtained photocatalytic material, chlorine was not detected.
次に、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価を、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、3.24[/h]であった。 Next, the measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were carried out in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 3.24 [/ h].
以上の実験例1〜4および比較例1における測定結果を、図5に示すグラフにまとめた。図5は、縦軸を分解速度定数とし、横軸を酸化タングステンの浸漬時に添加した塩酸量としてプロットしたものである。また、実験例1、実験例4、および比較例1にて得られた光触媒材料の含有塩素濃度をTOF−SIMSを用いて相対的に測定した。その測定結果を図6にまとめた。それぞれの光触媒材料に含まれる塩素の絶対濃度は不明であるが、塩酸の添加量が2.5mLの光触媒材料(実験例1)よりも塩酸の添加量が5mLの光触媒材料(実験例4)の方が、光触媒材料に含まれる塩酸の相対的な濃度は、多くなっている。塩酸添加量が0mLの光触媒材料においても塩酸の相対濃度を示す強度が検出されているのはバックグラウンドのためと考えられる。 The measurement results in the above Experimental Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are summarized in the graph shown in FIG. FIG. 5 plots the vertical axis as the decomposition rate constant and the horizontal axis as the amount of hydrochloric acid added during the immersion of tungsten oxide. Moreover, the chlorine concentration of the photocatalyst material obtained in Experimental Example 1, Experimental Example 4 and Comparative Example 1 was relatively measured using TOF-SIMS. The measurement results are summarized in FIG. Although the absolute concentration of chlorine contained in each photocatalytic material is unknown, the amount of hydrochloric acid added is 5 mL of photocatalytic material (Experimental Example 4) than that of 2.5 mL of photocatalytic material (Experimental Example 1). On the other hand, the relative concentration of hydrochloric acid contained in the photocatalytic material is increased. It is considered that the intensity indicating the relative concentration of hydrochloric acid was detected even in the photocatalyst material with 0 mL of hydrochloric acid added because of the background.
図5、図6の記載より、塩素がドープされた光触媒材料(実験例1〜4)の光触媒活性(分解速度定数)が、塩素がドープされていない光触媒材料(比較例1)よりも向上していることがわかる。また、塩酸の添加量については、塩酸の添加量を酸化タングステン粒子1gに対し、1.5mL以上とした光触媒材料が特に優れた光触媒活性を示すことが分かった。なお、塩酸添加量が0.25mLである光触媒材料(実験例2)の分解速度定数は、塩酸を添加しない光触媒材料(比較例1)よりも、やや低い値となっているが、これは、測定のばらつきのためであると考えられる。すなわち、塩酸の添加量が少量(1.25mL未満)である場合は、ハロゲン(塩素)がドープされることにより、光触媒材料の光触媒活性が向上するという本発明の効果が、それほど顕著には現れておらず、塩酸の添加量が1.25mL以上であると、本発明の効果が顕著に現れていると考えられる。 5 and 6, the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the photocatalyst material doped with chlorine (Experimental Examples 1 to 4) is higher than that of the photocatalyst material not doped with chlorine (Comparative Example 1). You can see that As for the amount of hydrochloric acid added, it was found that a photocatalytic material in which the amount of hydrochloric acid added was 1.5 mL or more with respect to 1 g of tungsten oxide particles showed particularly excellent photocatalytic activity. In addition, although the decomposition rate constant of the photocatalyst material (experimental example 2) whose hydrochloric acid addition amount is 0.25 mL is a little lower value than the photocatalyst material (comparative example 1) to which hydrochloric acid is not added, This is thought to be due to variations in measurement. That is, when the addition amount of hydrochloric acid is a small amount (less than 1.25 mL), the effect of the present invention that the photocatalytic activity of the photocatalytic material is improved by doping with halogen (chlorine) appears so remarkably. However, if the addition amount of hydrochloric acid is 1.25 mL or more, it is considered that the effect of the present invention is remarkably exhibited.
(実験例5)
実験例1と同様の方法で酸化タングステン粒子を含む分散液を得た。続いて、得られた酸化タングステン粒子の分散液に、酸化タングステン粒子の重量に対して、白金単体での重量の割合が0.025重量%となるように、ヘキサクロロ白金(VI)・6水和物(キシダ化学、98.5%)を溶解させた。その後、上記分散液を100℃で加熱することにより水分を蒸発させた後に、400℃で30分焼成した。その結果、酸化タングステン粒子の重量に対して0.025重量%の白金を担持させた酸化タングステン粒子を得た。
(Experimental example 5)
A dispersion containing tungsten oxide particles was obtained in the same manner as in Experimental Example 1. Subsequently, hexachloroplatinum (VI) hexahydrate was added to the obtained dispersion of tungsten oxide particles so that the weight ratio of platinum alone to the weight of tungsten oxide particles was 0.025 wt%. The product (Kishida chemistry, 98.5%) was dissolved. Thereafter, the dispersion was heated at 100 ° C. to evaporate water, and then baked at 400 ° C. for 30 minutes. As a result, tungsten oxide particles carrying 0.025% by weight of platinum with respect to the weight of the tungsten oxide particles were obtained.
得られた白金が担持された酸化タングステン粒子6gをイオン交換水24g中に添加し、撹拌機(プライミクス株式会社 フィルミックス 40−40型)を用いて、上記白金が担持された酸化タングステン粒子の分散を行った。上記撹拌機の運転条件は、周速:40m/s、処理時間10分とした。 6 g of the obtained tungsten oxide particles carrying platinum were added to 24 g of ion-exchanged water, and the above-mentioned tungsten oxide particles carrying platinum were dispersed using a stirrer (Primix Co., Ltd., Filmix 40-40 type). Went. The operating conditions of the agitator were a peripheral speed: 40 m / s and a processing time of 10 minutes.
そして、次に、酸化チタンから構成されるシェル層を形成するために、上記分散液9mLと、チタン濃度16重量%の四塩化チタン水溶液(東邦チタニウム)7mLと、イオン交換水100mLとを丸底フラスコ中において混合させ、混合液を得た後、丸底フラスコ用マントルヒーターを使用して、得られた混合液を、その液温が95℃の状態にて5時間加熱した。 Next, in order to form a shell layer composed of titanium oxide, 9 mL of the above dispersion, 7 mL of titanium tetrachloride aqueous solution having a titanium concentration of 16% by weight (Toho Titanium), and 100 mL of ion-exchanged water are round-bottomed. After mixing in a flask to obtain a mixed solution, the obtained mixed solution was heated for 5 hours at a temperature of 95 ° C. using a mantle heater for a round bottom flask.
その後、加熱後の混合液に対して、9000rpmにて5分間遠心分離を行うことにより粉体を分離した後、分離した液体部分のpHを測定した結果、−1より大きく、0未満であった。その後、上記混合液を100℃で1h加熱することにより、上記分離した液体を蒸発させ、上記分離した粉体を乾燥させた。その結果、酸化チタンからなるシェル層で被覆された、白金が担持された酸化タングステン粒子の粉体を得た。 Then, after separating the powder by centrifuging at 9000 rpm for 5 minutes with respect to the heated mixed liquid, the pH of the separated liquid part was measured. As a result, it was larger than -1 and smaller than 0. . Thereafter, the mixed liquid was heated at 100 ° C. for 1 h to evaporate the separated liquid, and the separated powder was dried. As a result, a powder of tungsten oxide particles carrying platinum supported by a shell layer made of titanium oxide was obtained.
得られた粉体を、大気中において400℃で30分間焼成することにより、酸化チタンからなるシェル層で被覆された、白金が担持された酸化タングステン粒子から構成された光触媒材料を得た。 The obtained powder was baked at 400 ° C. for 30 minutes in the atmosphere to obtain a photocatalytic material composed of tungsten oxide particles carrying platinum and covered with a shell layer made of titanium oxide.
実験例5にて得られた光触媒材料の組成分析を行った結果、タングステン5.8原子数%、チタン24.5原子数%、酸素68.8原子数%、塩素0.9原子数%であった。 As a result of the composition analysis of the photocatalyst material obtained in Experimental Example 5, tungsten was 5.8 atomic%, titanium was 24.5 atomic%, oxygen was 68.8 atomic%, and chlorine was 0.9 atomic%. there were.
また、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価を、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、3.8[/h]であった。 Further, the measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were performed in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 3.8 [/ h].
(実験例6)
遠心分離を用いて粉体を分離した後、上澄み液を捨てて、イオン交換水を追加し、再度遠心分離を用いて粉体を分離することにより、粉体を洗浄する工程を3回繰り返した以外は、実験例5と同様の方法を用いて酸化チタンのシェルで被覆された、白金が担持された酸化タングステン粒子から構成された光触媒材料を得た。また、最終洗浄後の分散液のpHを測定した結果、上記最終洗浄後の分散液のpHは3であった。
(Experimental example 6)
After separating the powder using centrifugation, the supernatant was discarded, ion-exchanged water was added, and the powder was separated again using centrifugation, whereby the process of washing the powder was repeated three times. Except for the above, a photocatalytic material composed of tungsten oxide particles carrying platinum and coated with a titanium oxide shell was obtained in the same manner as in Experimental Example 5. Further, as a result of measuring the pH of the dispersion after the final washing, the pH of the dispersion after the final washing was 3.
実験例6において測定された上記分散液のpHの値が、実験例5にて測定された最終洗浄後の分散液のpHよりも大きな値になっていることから、実験例6の光触媒材料にドープされたハロゲン(塩素)の量は、上記洗浄工程を繰り返すことによって、実験例5にて得られた光触媒材料よりも少なくなっていることが分かる。 Since the pH value of the dispersion liquid measured in Experimental Example 6 is larger than the pH value of the dispersion liquid after the final washing measured in Experimental Example 5, the photocatalyst material of Experimental Example 6 is used. It can be seen that the amount of doped halogen (chlorine) is less than that of the photocatalytic material obtained in Experimental Example 5 by repeating the above washing step.
得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価を、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、3.4[/h]であった。 The measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were performed in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 3.4 [/ h].
(比較例2)
遠心分離を用いて粉体を分離した後、上澄み液を捨てて、イオン交換水を追加し、再度遠心分離を用いて粉体を分離することにより、上記粉体を洗浄する工程を9回繰り返した以外は、実験例5と同様の方法を用いて酸化チタンのシェルで被覆された、白金が担持された酸化タングステン粒子から構成された光触媒材料を得た。また、最終洗浄後の分散液のpHを測定した結果、上記最終洗浄後の分散液のpHは7であった。
(Comparative Example 2)
After separating the powder using centrifugation, discarding the supernatant, adding ion-exchanged water, and again separating the powder using centrifugation, the process of washing the powder is repeated 9 times. Except for the above, a photocatalytic material composed of tungsten oxide particles carrying platinum and coated with a titanium oxide shell was obtained using the same method as in Experimental Example 5. Further, as a result of measuring the pH of the dispersion after the final washing, the pH of the dispersion after the final washing was 7.
得られた光触媒材料の組成分析を行った結果、塩素は検出されなかった。 As a result of analyzing the composition of the obtained photocatalyst material, chlorine was not detected.
また、得られた光触媒材料の環境汚染物質の可視光照射による光触媒活性(分解速度定数)の測定および評価を、実験例1と同様の方法で行った。その結果、得られた分解速度定数は、2.8[/h]であった。 Further, the measurement and evaluation of the photocatalytic activity (decomposition rate constant) of the obtained photocatalytic material by the visible light irradiation of the environmental pollutant were performed in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the obtained decomposition rate constant was 2.8 [/ h].
以上、実験例5,6および比較例2の結果より、白金粒子が担持された酸化タングステン粒子をコア粒子とし、前記コア粒子表面および白金粒子の表面全体を被覆する酸化チタンのシェル層とから構成されており、前記シェル層または前記シェル層および前記コア粒子に塩素がドープされた光触媒材料においても、前記光触媒材料に塩素がドープされることによって、高い光触媒活性を示すことが確認された。 As described above, from the results of Experimental Examples 5 and 6 and Comparative Example 2, the tungsten oxide particles carrying platinum particles are used as core particles, and the surface is composed of the core particle surface and the titanium oxide shell layer covering the entire surface of the platinum particles. In addition, it was confirmed that the photocatalytic material in which the shell layer or the shell layer and the core particle are doped with chlorine exhibits high photocatalytic activity when the photocatalytic material is doped with chlorine.
本発明は、可視光に対して高い触媒活性を示すので、可視光応答型の光触媒機能製品に利用することができる。上記光触媒機能製品は、基材の表面に本発明の光触媒材料で形成された光触媒体層を備え、環境汚染物質を吸着し可視光によって分解除去する機能を有している。具体的には、天井材、タイル、ガラス、壁紙、壁材、床等の建築資材および自動車用内装材および冷蔵庫やエアコン等の家電製品および衣類やカーテン等の繊維製品などが挙げられる。 Since the present invention shows high catalytic activity for visible light, it can be used for visible light responsive photocatalytic functional products. The photocatalytic functional product includes a photocatalyst layer formed of the photocatalytic material of the present invention on the surface of a base material, and has a function of adsorbing environmental pollutants and decomposing and removing them with visible light. Specifically, building materials such as ceiling materials, tiles, glass, wallpaper, wall materials, floors, and interior materials for automobiles, home appliances such as refrigerators and air conditioners, and textile products such as clothes and curtains can be used.
1A,1B,1C,1D 光触媒材料
2,2a コア粒子
3 助触媒
4 シェル層
1A, 1B, 1C,
Claims (5)
ハロゲンがドープされていることを特徴とする光触媒材料。 In a photocatalytic material comprising core particles containing tungsten oxide and a promoter supported on the surface of the core particles,
A photocatalytic material, which is doped with halogen.
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