JP3094102B1 - Photocatalyst precursor solution, photocatalyst and method for producing the same - Google Patents

Photocatalyst precursor solution, photocatalyst and method for producing the same

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JP3094102B1
JP3094102B1 JP11213392A JP21339299A JP3094102B1 JP 3094102 B1 JP3094102 B1 JP 3094102B1 JP 11213392 A JP11213392 A JP 11213392A JP 21339299 A JP21339299 A JP 21339299A JP 3094102 B1 JP3094102 B1 JP 3094102B1
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titanium
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Abstract

【要約】 【課題】大気湿度下で製膜できると共にディップコーテ
ィング回数を少なくても充分な膜厚を形成することがで
き、しかも高活性な光触媒を与える光触媒前駆体溶液お
よびこのものから得られる透明二酸化チタン薄膜光触媒
を提供する。 【解決手段】(a)配位子としてジエチレングリコール
モノアルキルエーテル及びポリエチレングリコールを有
するチタンアルコキシドと(b)テルピネオールを含有
する光触媒前駆体溶液及びこの光触媒前駆体溶液の焼成
物が支持体の表面に薄膜状に固定された二酸化チタン薄
膜光触媒。
Kind Code: A1 A photocatalyst precursor solution capable of forming a film under atmospheric humidity, forming a sufficient film thickness even with a small number of dip coatings, and providing a highly active photocatalyst, and a transparent solution obtained therefrom. Provided is a titanium dioxide thin film photocatalyst. A photocatalyst precursor solution containing (a) a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands and (b) terpineol, and a calcined product of the photocatalyst precursor solution are formed into a thin film on the surface of a support. Titanium dioxide thin film photocatalyst fixed in a shape.

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、種々の有害物質の
分解除去触媒、種々の有機化合物の合成用触媒等として
有用な二酸化チタン薄膜光触媒及びその前駆体溶液に関
する。
The present invention relates to a titanium dioxide thin film photocatalyst useful as a catalyst for decomposing and removing various harmful substances, a catalyst for synthesizing various organic compounds, and a precursor solution thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、種々の有害物質の分解除去触媒、
種々の有機化合物の合成用触媒等として、二酸化チタン
薄膜光触媒が注目されている。この光触媒は、通常、チ
タンアルコキシドを前駆体とし、このものを例えばガラ
ス基板などの支持体上にゾルーゲル法を用いたディップ
コーティング法やスピンコーティング法或いはスプレー
パイロリシスやパイロゾル法により塗布・焼成し固定化
する方法によって調製されている。前者のゾルーゲル法
の場合、チタンアルコキシドを加水分解し二酸化チタン
へと化学変化させ、ガラス基板等の支持体上の表面に存
在する水酸基に結合させた後、強固な二酸化薄膜チタン
光触媒とするものであり、一方、後者のスプレーパイロ
リシスやパイロゾル法は、チタンアルコキシドを熱分解
させ、二酸化チタンをガラス基板等の支持体上に焼結固
定させるものである。
2. Description of the Related Art Recently, catalysts for decomposing and removing various harmful substances,
As a catalyst for synthesizing various organic compounds, a titanium dioxide thin-film photocatalyst has attracted attention. This photocatalyst is usually made of titanium alkoxide as a precursor, which is applied and baked on a support such as a glass substrate by a dip coating method, a spin coating method, a spray pyrolysis or a pyrosol method using a sol-gel method, and fixed. It has been prepared by a method of In the case of the former sol-gel method, after a titanium alkoxide is hydrolyzed and chemically changed to titanium dioxide, and bonded to a hydroxyl group present on the surface of a support such as a glass substrate, a strong titanium dioxide thin film photocatalyst is formed. On the other hand, the latter, spray pyrolysis or pyrosol method, involves thermally decomposing titanium alkoxide and sintering and fixing titanium dioxide on a support such as a glass substrate.

【0003】ところで、前駆体であるチタンアルコキシ
ドは大気中の水分と極めて反応しやすく、不安定な物質
であるため、従来よりアセチルアセトンやジエタノール
アミンといった化合物を配位させ、容易に大気中の水分
と反応しないようにした後に、ディップコーティングな
いしスピンコーティング法、スプレーパイロリシス法、
パイロゾル法によって製膜させている。
[0003] Incidentally, titanium alkoxide, which is a precursor, is extremely liable to react with atmospheric moisture and is an unstable substance. Therefore, a compound such as acetylacetone or diethanolamine is conventionally coordinated to easily react with atmospheric moisture. After doing so, dip coating or spin coating method, spray pyrolysis method,
The film is formed by the pyrosol method.

【0004】しかしながら、アセチルアセトンやジエタ
ノールアミンを配位させたチタンアルコキシド前駆体溶
液から得られる触媒はその触媒活性が低く、また、必要
な触媒活性を得るために膜厚を増加させると、高い透明
性が得られないといった欠点があった。
However, a catalyst obtained from a titanium alkoxide precursor solution to which acetylacetone or diethanolamine is coordinated has a low catalytic activity, and when the film thickness is increased to obtain a required catalytic activity, a high transparency is obtained. There was a disadvantage that it could not be obtained.

【0005】このような欠点を解消するために、本発明
者らは、先に配位子としてジエチレングリコールモノア
ルキルエーテルとポリエチレングリコールを有するチタ
ンアルコキシドをエタノールに溶解させた光触媒前駆体
液を提案した(J.Mater.Sci.,33(1998)5789、J.Mate
r.Lett.,38(1999)150、 J. Mater. Sci. Lett., 18(1
999) 515.など) この光触媒前駆体液から得られる光触媒は市販品と同程
度の触媒活性を示し、なおかつ高い透明性を有するが、
その調製にあっては、溶媒として揮発性のエタノールを
使用しているため大気湿度下での製膜が困難であり、ま
たディップコーティング法に付した場合に、そのコーテ
ィング回数が多くしなければならないといった問題点が
あった。
In order to solve such disadvantages, the present inventors have previously proposed a photocatalyst precursor solution in which a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands is dissolved in ethanol (J .Mater.Sci., 33 (1998) 5789, J. Mate
r. Lett., 38 (1999) 150, J. Mater. Sci. Lett., 18 (1
999) 515. The photocatalyst obtained from this photocatalyst precursor solution shows the same catalytic activity as a commercial product and has high transparency,
In the preparation, since volatile ethanol is used as a solvent, it is difficult to form a film under atmospheric humidity, and in the case of dip coating, the number of coatings must be increased. There was a problem.

【0006】このように、従来のチタンアルコキシドを
前駆体溶液とする光触媒合成法は、それなりの光触媒活
性を得られるものであるが、低湿度雰囲気の制御等煩雑
な操作を必要とするという問題があった。また、高活性
二酸化チタン光触媒を得るには、出来る限り二酸化チタ
ンの粒径が小さく、また二酸化チタンアナターゼ構造の
結晶化度の高いものの形成が必須であるとされている
が、薄膜光触媒においては二酸化チタンの結晶構造と超
微細構造の両者を同時に制御して高活性光触媒を得るこ
とは極めて難しいものであった。更に、ディップコーテ
ィング法においては、最大の光触媒活性が得られる膜厚
というものが存在し、その膜厚になるまでディップコー
ティングを繰り返す必要があるが、このコーティング回
数を少なくし且つ十分な膜厚を得る方法が求められてい
るの現状である。
As described above, the conventional photocatalyst synthesis method using a titanium alkoxide as a precursor solution can obtain a certain photocatalytic activity, but has a problem that a complicated operation such as control of a low humidity atmosphere is required. there were. Also, in order to obtain a highly active titanium dioxide photocatalyst, it is necessary to form a titanium dioxide having as small a particle size as possible and having a high crystallinity of a titanium dioxide anatase structure. It has been extremely difficult to obtain a highly active photocatalyst by simultaneously controlling both the crystal structure and the ultrafine structure of titanium. Furthermore, in the dip coating method, there is a film thickness at which the maximum photocatalytic activity is obtained, and it is necessary to repeat dip coating until the film thickness reaches the film thickness. There is a need for a way to obtain it.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
一挙に解決するためになされたものであって、大気湿度
下で製膜できると共にディップコーティング回数を少な
くしても充分な膜厚を形成することができ、しかも高活
性な透明二酸化チタン薄膜光触媒を与える光触媒前駆体
溶液及びこのものから得られる二酸化チタン薄膜光触媒
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems all at once, and it is possible to form a film under atmospheric humidity and to obtain a sufficient film thickness even if the number of times of dip coating is reduced. It is an object of the present invention to provide a photocatalyst precursor solution that can be formed and provides a highly active transparent titanium dioxide thin film photocatalyst, and a titanium dioxide thin film photocatalyst obtained from the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、チタンア
ルコキシドを前駆体とする透明二酸化チタン薄膜光触媒
の製法において、如何にして二酸化チタン結晶子のサイ
ズを小さくするか、また、大気湿度下でかつ少ないディ
ップコーティング回数で十分な膜厚の薄膜を得るかを鋭
意研究した結果、溶媒として特定な高粘度溶媒を使用す
ることが有効であることを見い出し、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、第一に、(a)配位
子としてジエチレングリコールモノアルキルエーテル類
及びポリエチレングリコール類を有するチタンアルコキ
シドと(b)テルピネオール類を含有する光触媒前駆体
溶液が提供される。第二に、上記の第一に記載の光触媒
前駆体溶液の焼成物が支持体の表面に薄膜状に固定され
ていることを特徴とする二酸化チタン薄膜光触媒が提供
される。第三に、上記の第一に記載の光触媒前駆体溶液
を支持体上に塗布し、大気雰囲気下、400〜500℃
の温度で焼成することを特徴とする上記の第二に記載の
二酸化チタン薄膜光触媒が提供される。
Means for Solving the Problems In a process for producing a transparent titanium dioxide thin film photocatalyst using a titanium alkoxide as a precursor, the present inventors have studied how to reduce the size of crystallites of titanium dioxide, As a result of intensive studies on whether a thin film having a sufficient thickness can be obtained with a small number of dip coatings, it has been found that it is effective to use a specific high-viscosity solvent as a solvent, and the present invention has been completed. That is, according to the present invention, first, there is provided a photocatalyst precursor solution containing (a) a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ethers and polyethylene glycols as ligands and (b) terpineols. Secondly, there is provided a titanium dioxide thin-film photocatalyst, wherein the calcined product of the photocatalyst precursor solution according to the first aspect is fixed on a surface of a support in a thin film form. Third, the photocatalyst precursor solution according to the above-described first is applied on a support, and is heated at 400 to 500 ° C. in an air atmosphere.
The titanium dioxide thin-film photocatalyst according to the second aspect, wherein the photocatalyst is fired at a temperature of:

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明で用いるチタンアルコキシ
ドとしては、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブ
トキサイド、チタンテトライソプロポキシドなど従来公
知のものが何れも使用できる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As the titanium alkoxide used in the present invention, any conventionally known titanium alkoxide such as titanium tetraethoxide, titanium tetrabutoxide and titanium tetraisopropoxide can be used.

【0010】配位子として用いるジエチレングリコール
モノアルキルエーテルは及びポリエチレングリコールは
下記の構造式で示されるものである。この場合、ジエチ
レングリコールモノアルキルエーテルのアルキル基とし
てはメチル基、エチル基、ブチル基等が挙げられ、また
ポリエチレングリコールの分子量は300〜2000程
度のものが望ましい。
The diethylene glycol monoalkyl ether used as the ligand and the polyethylene glycol are those represented by the following structural formulas. In this case, examples of the alkyl group of diethylene glycol monoalkyl ether include a methyl group, an ethyl group, and a butyl group, and the molecular weight of polyethylene glycol is preferably about 300 to 2,000.

【化1】RO-(CH2CH2-O)n-H(R:アルキル基)## STR1 ## RO- (CH 2 CH 2 —O) nH (R: alkyl group)

【化2】HO-(CH2-CH2)n-OH(n:1以上の整数)HO- (CH 2 -CH 2 ) n-OH (n: an integer of 1 or more)

【0011】本発明に係る、(a)配位子としてジエチ
レングリコールモノアルキルエーテル及びポリエチレン
グリコールを有するチタンアルコキシドは、上記テトラ
アルコキシドと配位子であるジエチレングリコールモノ
アルキルエーテル及びポリエチレングリコールを直接混
合あるいは適当量のアルコール溶媒で希釈混合すること
により得られる。
The titanium alkoxide (a) having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as the ligand according to the present invention may be obtained by directly mixing the above tetraalkoxide with the ligand diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol or in an appropriate amount. Obtained by diluting and mixing with an alcohol solvent.

【0012】本発明に係る、(b)成分はテルピネオー
ルである。このテルピネオールの具体例としては、α−
テルピネオール、 β−テルピネオール、 γ−テルピネ
オールなどが挙げられるが、α−テルピネオールの使用
が好ましい。これらのテルピネオールは、チタンテトラ
アルコキシド、配位子であるジエチレングリコールモノ
アルキルエーテル及びポリエチレングリコールとの親和
性に優れると共に低揮発性・高粘性を示し、かつガラス
などの支持体との密着性に優れたものである。従って、
(b)テルピネオールに(a)配位子としてジエチレング
リコールモノアルキルエーテル及びポリエチレングリコ
ールを有するチタンアルコキシドを溶解させた光触媒前
駆体溶液は低揮発性であり、開放系においても揮散しに
くいので大気湿度下においても製膜可能であり、更には
支持体との密着性に優れ、かつ高粘性を示すため、液垂
れや焼成工程でのひび割れや剥離を生じることなく、し
かも著しく少ない回数で所望の製膜化を達成できる。こ
のような作用効果は本発明者らがが初めて見い出した意
外性のある事実であり、極めて特異的なことである。こ
のことは、テルピネオールに代えてエタノールを使用し
た光触媒前駆体溶液では、粘性が低くしかも所望の膜厚
とするのに本発明の数倍の時間を要していることを示
す、後記比較例の記載からも明らかである。
The component (b) according to the present invention is terpineol. Specific examples of this terpineol include α-
Terpineol, β-terpineol, γ-terpineol and the like can be mentioned, but α-terpineol is preferably used. These terpineols have excellent affinity with titanium tetraalkoxide, diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands, exhibit low volatility and high viscosity, and have excellent adhesion to a support such as glass. Things. Therefore,
(B) A photocatalyst precursor solution obtained by dissolving (a) titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands in terpineol is low in volatility and hardly volatilizes even in an open system. Can be formed into a film, and because of its excellent adhesion to the support and high viscosity, it does not cause dripping or cracking or peeling in the baking process, and can be formed into a desired film in a remarkably small number of times. Can be achieved. Such an effect is a surprising fact discovered by the present inventors for the first time, and is extremely specific. This shows that the photocatalyst precursor solution using ethanol in place of terpineol has low viscosity and takes several times as long as the present invention to obtain a desired film thickness. It is clear from the description.

【0013】(b)成分のテルピネオールの使用量に特
別な制限はないが、(a)配位子としてジエチレングリ
コールモノアルキルエーテル及びポリエチレングリコー
ルを有するチタンアルコキシドに対して体積比で2〜5
倍とするのが適当である。なお、(b)成分にはテルピ
ネオールの作用を阻害しない範囲で他の溶媒を併用する
こともできる。このような溶媒としては、テルピネオー
ルおよびチタンアルコキシドが可溶な溶媒ならばどれで
も良いが、チタンアルコキシドのアルコキシド成分を形
成するアルコール類の使用が好ましい。
There is no particular limitation on the amount of the terpineol used as the component (b), but (a) a volume ratio of 2 to 5 with respect to a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as a ligand.
It is appropriate to double. In addition, another solvent can be used in combination with the component (b) as long as the action of terpineol is not inhibited. As such a solvent, any solvent may be used as long as terpineol and titanium alkoxide are soluble, but alcohols forming an alkoxide component of titanium alkoxide are preferably used.

【0014】本発明に係る光触媒前駆体溶液を調製する
には、(i)(a)配位子としてジエチレングリコール
モノアルキルエーテル及びポリエチレングリコールを有
するチタンアルコキシドと(b)テルピネオールを、必
要に応じて他の有機溶媒の存在下で混合する方法、(i
i)チタンアルコキシド、配位子としてのジエチレング
リコールモノアルキルエーテル及びポリエチレングリコ
ール、テルピネオール及び必要に応じての他の有機溶媒
とを混合する方法などの混合方法を採用すればよい。
To prepare the photocatalyst precursor solution according to the present invention, (i) (a) a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands and (b) terpineol, if necessary, Mixing in the presence of an organic solvent of (i)
i) A mixing method such as a method of mixing titanium alkoxide, diethylene glycol monoalkyl ether as a ligand, polyethylene glycol, terpineol, and another organic solvent as necessary may be employed.

【0015】本発明に係る二酸化チタン薄膜光触媒は上
記光触媒前駆体溶液の焼成物が支持体の表面に薄膜状に
固定されていることを特徴としている。このような光触
媒は、好ましくは前記光触媒前駆体溶液を支持体上に塗
布し、大気雰囲気下、400〜500℃の温度で焼成す
ることによって合成することができる。
The titanium dioxide thin film photocatalyst according to the present invention is characterized in that the calcined product of the photocatalyst precursor solution is fixed on the surface of the support in a thin film form. Such a photocatalyst can be preferably synthesized by applying the photocatalyst precursor solution on a support and calcining the solution at a temperature of 400 to 500 ° C. in an air atmosphere.

【0016】支持体としては、特に制約はないが、ガラ
ス、セラミックス等の無機材料、ステンレス鋼、アルミ
ニウム等の金属材料などが好ましく使用される。支持体
上に光触媒前駆体溶液を付着させるには、ディップコー
ティング、スピンコーティングなどの塗布法を用いれば
良い。
The support is not particularly limited, but inorganic materials such as glass and ceramics, and metal materials such as stainless steel and aluminum are preferably used. In order to deposit the photocatalyst precursor solution on the support, a coating method such as dip coating or spin coating may be used.

【0017】光触媒前駆体溶液の付着量(厚み)は焼成
後の光触媒の触媒活性が最大となるように設定しておく
ことが必要であるが、通常は1回のディップコーティン
グで100〜250nm(焼成後)程度に維持される。
本発明においては、前記したように、開放系においても
揮散しにくい、すなわち、チタンアルコキシドが空気中
の水分と接触しにくいので、大気湿度下においても製膜
可能であり、更には支持体との密着性に優れ、かつ高粘
性を示す前駆体液を使用したことから、、焼成工程での
ひび割れ、チタンアルコキシドの加水分解に伴う白色化
や剥離を生じることなく、著しく少ないディッピング回
数で所望の膜厚とすることができる。
The amount (thickness) of the photocatalyst precursor solution needs to be set so that the catalytic activity of the photocatalyst after calcination is maximized, but usually 100 to 250 nm (dip coating). (After baking).
In the present invention, as described above, it is difficult to volatilize even in an open system, that is, since titanium alkoxide hardly comes into contact with moisture in the air, it is possible to form a film even under atmospheric humidity, and furthermore, it is possible to form a film with a support. Since the precursor solution which has excellent adhesion and high viscosity is used, the desired film thickness can be obtained with a remarkably small number of dipping times without causing cracking in the firing step, whitening or peeling due to hydrolysis of titanium alkoxide. It can be.

【0018】所望の製膜後、支持体に付着した光触媒前
駆体溶液を焼成する。焼成温度は400〜500℃、好
ましくは450℃前後である。本発明に係る、(a)配
位子としてジエチレングリコールモノアルキルエーテル
及びポリエチレングリコールを有するチタンアルコキシ
ドはおよそ330℃で熱分解し、この熱分解で得られる
酸化チタンの結晶化温度は約420℃である。従って、
400〜500℃の温度で前記膜を焼成すると結晶成長
がほとんど停止した粒径の均一な酸化チタン薄膜を得る
ことができる。また400〜500℃という低温焼成温
度下では有機物質の燃焼により生成した細孔構造が温存
され、数nm以下の微細孔で高表面積を有する薄膜が得
られる。 また、一般に400〜500℃という温度は
典型的な支持体であるガラスの軟化点温度以下であるこ
とから、かかる前駆体溶液を用いればガラス支持体上に
も高活性な酸化チタン薄膜を形成することができる。
After the desired film formation, the photocatalyst precursor solution attached to the support is fired. The firing temperature is 400-500 ° C, preferably around 450 ° C. According to the present invention, (a) titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands is thermally decomposed at about 330 ° C., and the crystallization temperature of titanium oxide obtained by this pyrolysis is about 420 ° C. . Therefore,
When the film is baked at a temperature of 400 to 500 ° C., a titanium oxide thin film having a uniform particle size and almost no crystal growth can be obtained. Further, at a low firing temperature of 400 to 500 ° C., the pore structure generated by the combustion of the organic substance is preserved, and a thin film having fine pores of several nm or less and having a high surface area is obtained. Further, since the temperature of 400 to 500 ° C. is generally equal to or lower than the softening point of glass as a typical support, a highly active titanium oxide thin film is formed on a glass support by using such a precursor solution. be able to.

【0019】なお、配位子がポリエチレングリコールの
みであるチタンアルコキシドは均一な薄膜を形成するこ
とができるが、焼成時に部分的に亀裂を生じ起じ、ま
た、二酸化チタン凝集体が薄膜上に析出する場合があ
る。一方、配位子がジエチレングリコールモノアルキル
エーテルのみであるチタンアルコキシドは溶媒と分離し
ないものの粘性が低いこと甚だしく、均一な膜厚の薄膜
を形成することが困難となるので、本発明においては、
(a)成分として、ジエチレングリコールモノアルキル
エーテルとポリエチレングリコールの両者を配位子とす
るチタンアルコキシドの使用が必須である。
Titanium alkoxide, whose ligand is only polyethylene glycol, can form a uniform thin film, but cracks occur partially during firing, and titanium dioxide aggregates precipitate on the thin film. May be. On the other hand, the titanium alkoxide in which the ligand is only diethylene glycol monoalkyl ether does not separate from the solvent but has a very low viscosity, and it is difficult to form a thin film having a uniform thickness.
As the component (a), it is essential to use a titanium alkoxide having both diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands.

【0020】本発明に係る焼成後の光触媒の膜厚は通常
0.5〜1.5ミクロン、好ましくは1ミクロンであ
る。
The thickness of the fired photocatalyst according to the present invention is usually 0.5 to 1.5 microns, preferably 1 micron.

【0021】本発明に係る光触媒は有害物質たとえばNO
x、SOx、フロン、アンモニア、硫化水素、アルデヒド
類、アミン類、メルカプタン類などの分解除去用触媒と
して、あるいは二酸化炭素の光還元による有機化合物の
合成触媒として、さらには、この光触媒薄膜表面に機能
性色素を固定化した光電気化学デバイスなどとして有用
なものである。
The photocatalyst according to the present invention is a harmful substance such as NO
x, SOx, CFCs, ammonia, hydrogen sulfide, aldehydes, amines, mercaptans, etc., as a catalyst for decomposition and removal, or as a synthesis catalyst for organic compounds by photoreduction of carbon dioxide, It is useful as a photoelectrochemical device or the like in which a sex dye is immobilized.

【0022】[0022]

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0023】実施例1 2.12molのα-テルピネオール(TPO)、1.96molのイソプ
ロパノール(PrOH)、0.74molのジエチレングリコール
モノエチルエーテル(EEE)の混合溶液に0.34molのチタ
ンテトライソプロポキシド(TPOT)を混合し、さらに0.
19molのポリエチレングリコール600(PEG)を室温で
添加、混合し、光触媒前駆体溶液を調製した。この溶液
粘度はブルックフィールド粘度計を使用して測定したと
ころ、およそ11.3cPであった。この溶液をディッ
プコーティング液とし、コーティング回数の増加に伴う
膜厚の増加の割合を下記の要領で測定した。その結果を
図1に示す。膜厚の測定方法は文献(J.Mater.Sci., 33
(1988)5789)の中で示した透過光干渉法を使用した。
ディップコーティング→焼成の行程を膜厚が1ミクロン
となるまで繰り返した。
Example 1 0.34 mol of titanium tetraisopropoxide (TPOT) was added to a mixed solution of 2.12 mol of α-terpineol (TPO), 1.96 mol of isopropanol (PrOH), and 0.74 mol of diethylene glycol monoethyl ether (EEE). Mix and add 0.
19 mol of polyethylene glycol 600 (PEG) was added and mixed at room temperature to prepare a photocatalyst precursor solution. The solution viscosity was approximately 11.3 cP as measured using a Brookfield viscometer. This solution was used as a dip coating solution, and the rate of increase in the film thickness as the number of coatings increased was measured in the following manner. The result is shown in FIG. The method of measuring the film thickness is described in the literature (J. Mater. Sci., 33
(1988) 5789).
The process of dip coating → firing was repeated until the film thickness became 1 μm.

【0024】比較例1 実施例1において、α-テルピネオール(TPO)に代えて
エタノール(EtOH)を使用した以外は実施例1と同様に
して比較用の光触媒前駆体溶液を調製した。この溶液粘
度はブルックフィールド粘度計を使用して測定したとこ
ろ、およそ3.8cPであった。この溶液をディップコ
ーティング液とし、コーティング回数の増加に伴う膜厚
の増加の割合を実施例1と同様に測定した。その結果を
図1に示す。
Comparative Example 1 A comparative photocatalyst precursor solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethanol (EtOH) was used instead of α-terpineol (TPO). The solution viscosity was approximately 3.8 cP as measured using a Brookfield viscometer. This solution was used as a dip coating solution, and the rate of increase in the film thickness as the number of coatings increased was measured in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.

【0025】図1から、本発明の実施例1の光触媒前駆
体溶液の方が比較例1のものに比べ、その粘度が高く、
また少ないディップ回数で十分な膜厚を形成することが
判る。
FIG. 1 shows that the viscosity of the photocatalyst precursor solution of Example 1 of the present invention was higher than that of Comparative Example 1;
It can also be seen that a sufficient film thickness can be formed with a small number of dips.

【0026】実施例2 実施例1で得た光触媒前駆体溶液をシリカコートガラス
支持体上にディップコーティング法を用いて最終的に膜
厚が1ミクロンとなるように実施例1で示した方法で二
酸化チタン薄膜を製膜した。得られた二酸化チタン薄膜
光触媒の結晶構造をX線散乱装置(XRD)により解析し
た。この結果、この薄膜の結晶構造は光触媒として最適
な二酸化チタンアナターゼ構造のみから形成され、ま
た、XRDの観測結果から二酸化チタンアナターゼの結晶
子サイズを求めたところ、およそ7nmであることがわか
った。また、薄膜の表面構造を原子間力顕微鏡により測
定したところ、XRDから求められたアナターゼ結晶子サ
イズと同等サイズの結晶が図2に示すように、粗な状態
で集積していることが明らかにされた。この細孔構造お
よび比表面積を調べたところ、細孔径分布はおよそ3n
m、比表面積はおよそ80m2/g程度であることがわかっ
た。
Example 2 The photocatalyst precursor solution obtained in Example 1 was applied onto a silica-coated glass support by dip coating using the method described in Example 1 so that the final film thickness was 1 μm. A titanium dioxide thin film was formed. The crystal structure of the obtained titanium dioxide thin film photocatalyst was analyzed with an X-ray scattering device (XRD). As a result, the crystal structure of this thin film was formed only from the titanium dioxide anatase structure that was optimal as a photocatalyst, and the crystallite size of titanium dioxide anatase was determined from XRD observation results to be about 7 nm. In addition, when the surface structure of the thin film was measured by an atomic force microscope, it was found that crystals having the same size as the anatase crystallite size determined by XRD were coarsely accumulated as shown in FIG. Was done. Examination of the pore structure and specific surface area revealed that the pore size distribution was approximately 3n.
m, the specific surface area was found to be about 80 m 2 / g.

【0027】実施例3 実施例2で得られた二酸化チタン薄膜光触媒薄膜の光触
媒活性をNOの光酸化により評価した。化学発光式窒素酸
化物計(NOx計)、精製空気供給装置、NOガスボンベ、
マスフローコントローラーからなる流通式光触媒反応評
価装置のパイレックスガラス製反応容器内に実施例2で
得られた酸化チタン薄膜光触媒薄膜(10×10cm×
2枚)を装着した。光の強度はおよそ0.38mW/cm2とし
た。1ppmのNOを含む乾燥空気を室温下で毎分1.5 L/min
で上記装置に流通させた。NO濃度はNOx計によりモニタ
ーした。この結果、図3に示すように、光照射直後は反
応生成物による被毒による触媒活性低下が認められた
が、その後は安定した触媒活性を維持し、触媒効率は7
0%以上であった。
Example 3 The photocatalytic activity of the titanium dioxide thin film photocatalytic film obtained in Example 2 was evaluated by photo-oxidation of NO. Chemiluminescent nitrogen oxide meter (NOx meter), purified air supply device, NO gas cylinder,
The titanium oxide thin film photocatalyst thin film (10 × 10 cm ×) obtained in Example 2 was placed in a Pyrex glass reaction vessel of a flow-type photocatalytic reaction evaluation device comprising a mass flow controller.
2). The light intensity was about 0.38 mW / cm 2 . Dry air containing 1 ppm NO at room temperature 1.5 L / min per minute
In the above device. The NO concentration was monitored by a NOx meter. As a result, as shown in FIG. 3, immediately after light irradiation, a decrease in catalytic activity due to poisoning by the reaction product was observed, but thereafter, a stable catalytic activity was maintained, and the catalytic efficiency was 7%.
0% or more.

【0028】[0028]

【発明の効果】請求項1の光触媒前駆体溶液は、(b)
テルピネオールに(a)配位子としてジエチレングリコ
ールモノアルキルエーテル及びポリエチレングリコール
を有するチタンアルコキシドを含有させたことから、低
揮発性であり、開放系においても揮散しにくい、すなわ
ち、チタンアルコキシドが空気中の水分と接触しにくい
ので、大気湿度下においても製膜可能であり、更には支
持体との密着性に優れ、かつ高粘性を示すため、著しい
液垂れや焼成工程でのひび割れや剥離を生じることな
く、極めて少ない回数で所望の製膜化を達成できる。ま
た、焼成処理することにより高活性な透明二酸化チタン
薄膜光触媒を与える請求項2の二酸化チタン薄膜光触媒
は請求項1記載の光触媒前駆体の焼成物が支持体の表面
に薄膜状に固定されていることから、膜厚が一定でクラ
ッキングがなく、透明で高触媒活性を示す。請求項3の
二酸化チタン薄膜光触媒の製造方法によれば、密閉系で
はなく解放系(大気湿度下)で、しかも著しく少ないデ
ィッピング回数で液垂れや焼成工程でのひび割れや白色
化や剥離を生じることなく、二酸化チタン薄膜光触媒を
合成することができる。また、二酸化チタンの結晶化温
度よりやや高い400〜500℃の温度で前記膜を焼成
することから結晶成長がほとんど停止した粒径の均一な
酸化チタン薄膜を得ることができる。また400〜50
0℃という低温焼成温度下では有機物質の燃料により生
成した細孔構造が温存され、数nm以下の微細孔で高表
面積を有する薄膜が得られる。また、一般に400〜5
00℃という温度は典型的な支持体であるガラスの軟化
点温度以下であることから、かかる方法によれば、ガラ
ス支持体上に高活性な酸化チタン薄膜を簡便に形成する
ことができる。
The photocatalyst precursor solution according to claim 1 comprises (b)
Since terpineol contains (a) a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands, it is low in volatility and hardly volatilizes even in an open system. Because it is difficult to contact with, it is possible to form a film even under atmospheric humidity, furthermore it has excellent adhesion to the support, and it has high viscosity, so it does not cause significant dripping or cracking or peeling in the firing process The desired film formation can be achieved with an extremely small number of times. Further, in the titanium dioxide thin film photocatalyst according to the second aspect, which provides a highly active transparent titanium dioxide thin film photocatalyst by firing, the fired product of the photocatalyst precursor according to the first aspect is fixed to the surface of the support in a thin film state. Therefore, the film thickness is constant, there is no cracking, the film is transparent and shows high catalytic activity. According to the method for producing a titanium dioxide thin film photocatalyst of the third aspect, cracking, whitening, and peeling in the liquid dripping and firing step occur in an open system (under atmospheric humidity) instead of a closed system, and with an extremely small number of dipping times. Thus, a titanium dioxide thin film photocatalyst can be synthesized. Further, since the film is baked at a temperature of 400 to 500 ° C. slightly higher than the crystallization temperature of titanium dioxide, a titanium oxide thin film having a uniform grain size and substantially no crystal growth can be obtained. 400 to 50
At a low firing temperature of 0 ° C., the pore structure generated by the organic fuel is preserved, and a thin film having fine pores of several nm or less and a high surface area is obtained. In addition, generally 400 to 5
Since the temperature of 00 ° C. is equal to or lower than the softening point temperature of glass, which is a typical support, according to this method, a highly active titanium oxide thin film can be easily formed on a glass support.

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

【図1】光触媒前駆体溶液の違い(実施例1と比較例
1)によるディップコーティング回数の増加に伴う膜厚
増加の割合を表したグラフ。
FIG. 1 is a graph showing a ratio of a film thickness increase with an increase in the number of dip coatings due to a difference in a photocatalyst precursor solution (Example 1 and Comparative Example 1).

【図2】実施例2に係る透明二酸化チタン薄膜光触媒の
結晶構造及びその薄膜状態を原子間力顕微鏡で撮影した
写真。
FIG. 2 is a photograph taken by an atomic force microscope of a crystal structure of a transparent titanium dioxide thin film photocatalyst according to Example 2 and a state of the thin film.

【図3】実施例2に係る透明二酸化チタン薄膜光触媒の
乾燥空気中に含まれるNOの除去特性を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the removal characteristics of NO contained in dry air of the transparent titanium dioxide thin film photocatalyst according to Example 2.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(a)配位子としてジエチレングリコール
モノアルキルエーテル及びポリエチレングリコールを有
するチタンアルコキシドと(b)テルピネオールを含有
する光触媒前駆体溶液。
1. A photocatalyst precursor solution comprising (a) a titanium alkoxide having diethylene glycol monoalkyl ether and polyethylene glycol as ligands and (b) terpineol.
【請求項2】請求項1記載の光触媒前駆体溶液を大気湿
度下で支持体に塗布し、その焼成物が支持体の表面に薄
膜状に固定されていることを特徴とする二酸化チタン薄
膜光触媒。
2. A titanium dioxide thin film photocatalyst, wherein the photocatalyst precursor solution according to claim 1 is applied to a support under atmospheric humidity, and the calcined product is fixed on the surface of the support in a thin film form. .
【請求項3】請求項1の記載の光触媒前駆体溶液を支持
体上に塗布し、大気雰囲気下、400〜500℃の温度
で焼成することを特徴とする請求項2記載の二酸化チタ
ン薄膜光触媒の製造方法。
3. A titanium dioxide thin film photocatalyst according to claim 2, wherein the photocatalyst precursor solution according to claim 1 is coated on a support and calcined at a temperature of 400 to 500 ° C. in an air atmosphere. Manufacturing method.
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