JP6170352B2 - Method for producing photocatalyst material - Google Patents

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Description

本発明は、可視光による水の光分解反応が可能な光触媒を導電性基材上に固定した光触媒材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a photocatalyst material in which a photocatalyst capable of water photolysis by visible light is fixed on a conductive substrate.

可視光応答型光触媒は、太陽光に多く含まれる可視光線を利用可能な光触媒である。この可視光応答型光触媒は、有機物の光分解や、水の光分解による水素製造への応用に期待されている。中でも、水素の製造を目的とした水分解用光触媒は、再生可能エネルギーを利用した水素製造方法に用いられる光触媒として注目されている。その結果、高い活性が得られる水分解用光触媒への要求が年々高まっている。   A visible light responsive photocatalyst is a photocatalyst that can use visible light contained in a large amount of sunlight. This visible light responsive photocatalyst is expected to be applied to hydrogen production by photolysis of organic substances and water. Among these, a photocatalyst for water splitting for the purpose of producing hydrogen has attracted attention as a photocatalyst used in a method for producing hydrogen using renewable energy. As a result, the demand for a photocatalyst for water splitting that provides high activity is increasing year by year.

可視光応答性がある水分解用光触媒として、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム(Rh−SrTiO)は、水の光分解による水素発生能が非常に高いことが知られている。また、酸素発生用光触媒粒子とRh−SrTiO粒子を組合せたZスキーム型システムは、これら2つの粒子がpH制御により互いに凝集させた状態である水懸濁液へ可視光線を照射することにより、完全水分解反応において水素および酸素を、0.1%以上の高いエネルギー変換効率で発生させることが知られている(Sasakiら、J.Phys.Chem.C 17536〜17 542ページ、2009年(非特許文献1))。 Rhodium-doped strontium titanate (Rh—SrTiO 3 ) is known to have a very high ability to generate hydrogen by photolysis of water as a photocatalyst for water splitting having visible light response. Moreover, the Z scheme type system combining the photocatalyst particles for oxygen generation and the Rh-SrTiO 3 particles irradiates the aqueous suspension in which these two particles are aggregated with each other by pH control, It is known to generate hydrogen and oxygen in a complete water splitting reaction with a high energy conversion efficiency of 0.1% or more (Sasaki et al., J. Phys. Chem. C 17536-17542, 2009 (non- Patent Document 1)).

従来、上記Rh−SrTiOは、固相反応法や水熱合成法により作製され、これら方法においては1000℃程度で焼成する高結晶化処理を行うことが知られている。これにより得られたRh−SrTiO粒子は、一次粒子径が数百nm〜数μm程度のものであり、可視光照射下で高い水素発生能を示すことが知られている。一方、Rh−SrTiO粒子を更に高活性化させるため、Rh−SrTiO粒子の比表面積を増大させる、すなわち微細結晶のRh−SrTiO粒子が求められている。 Conventionally, the Rh—SrTiO 3 is produced by a solid-phase reaction method or a hydrothermal synthesis method, and in these methods, it is known to perform a high crystallization treatment by baking at about 1000 ° C. The Rh—SrTiO 3 particles thus obtained have a primary particle size of about several hundred nm to several μm, and are known to exhibit high hydrogen generation ability under visible light irradiation. Meanwhile, in order to further highly activate Rh-SrTiO 3 particles, increasing the specific surface area of the Rh-SrTiO 3 particles, that is, Rh-SrTiO 3 particles of fine crystal has been demanded.

また、特開2012−187520号公報(特許文献2)には、基材上に光触媒層を有する水分解用光触媒固定化物であって、前記光触媒層が、Ga、Zn、Ti、La、Ta及びBa原子を含む窒化物又は酸窒化物である可視光応答型光半導体と、この光半導体に担持された助触媒と、シリカ、アルミナ及び酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも1つ以上の親水性無機材料とを含む、水分解用光触媒固定化物が記載されている。この文献によれば、光触媒層中に可視光応答型光触媒と親水性無機材料が共存することにより、水分解反応時に、光触媒層の表面近傍だけでなく内部にまで水を侵入させることができるとともに、親水性表面によって生成ガスが光触媒層に付着し難くなる結果、生成ガスの気相中への拡散が促進されるとされている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-187520 (Patent Document 2) discloses a water splitting photocatalyst immobilization product having a photocatalyst layer on a substrate, wherein the photocatalyst layer includes Ga, Zn, Ti, La, Ta, and Visible light responsive optical semiconductor that is a nitride or oxynitride containing Ba atom, at least one hydrophilicity selected from the group consisting of a cocatalyst supported on the optical semiconductor, silica, alumina, and titanium oxide A photocatalyst immobilized product for water splitting containing an inorganic material is described. According to this document, the coexistence of the visible light responsive photocatalyst and the hydrophilic inorganic material in the photocatalyst layer allows water to penetrate not only near the surface of the photocatalyst layer but also into the interior during the water splitting reaction. As a result of the product surface becoming difficult to adhere to the photocatalyst layer due to the hydrophilic surface, diffusion of the product gas into the gas phase is promoted.

一方で、光触媒粒子を基材上に固定化する技術として、電気泳動により光触媒粒子を基材上に付着させ、これを固定化する技術が知られている(特開2012−050913号公報(特許文献3))、特開2011−131170号公報(特許文献4))。   On the other hand, as a technique for immobilizing photocatalyst particles on a substrate, a technique is known in which photocatalyst particles are adhered to a substrate by electrophoresis and immobilized (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-050913 (patent). Document 3)), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-131170 (Patent Document 4)).

特開2012−056947号公報JP 2012-056947 A 特開2012−187520号公報JP 2012-187520 A 特開2012−050913号公報JP2012-050913A 特開2011−131170号公報JP 2011-131170 A

Sasakiら、J.Phys.Chem.C 17536〜17542ページ、2009年Sasaki et al. Phys. Chem. C 17536-17542, 2009

本発明者らは、今般、高い結晶性と一次粒子の微細化を両立させた可視光応答型光触媒粒子の製造法を確立し、さらに電気泳動法による固定化方法により、導電性基材上に当該微細光触媒粒子を固定した結果、優れた光触媒材が得られるとの知見を得た。本発明は斯かる知見に基づくものである。   The present inventors have recently established a method for producing visible light responsive photocatalyst particles that achieve both high crystallinity and finer primary particles, and further, on an electroconductive substrate by an immobilization method based on electrophoresis. As a result of fixing the fine photocatalyst particles, the inventors have obtained knowledge that an excellent photocatalyst material can be obtained. The present invention is based on such knowledge.

従って、本発明は、高い結晶性と一次粒子の微細化を両立させた可視光応答型光触媒粒子が基材に固定化されてなる、水素発生能の高い光触媒材の製造方法の提供をその目的としている。   Accordingly, the object of the present invention is to provide a method for producing a photocatalyst material having a high hydrogen generating ability, in which visible light responsive photocatalyst particles having both high crystallinity and primary particle miniaturization are immobilized on a substrate. It is said.

そして、本発明による光触媒材の製造方法は、導電性基材上にロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が固定化されてなる光触媒材の製造方法であって、一次粒子径が100nm以下であるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を用意する工程と、前記ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を前記導電性基材上に電気泳動法にて付着させる工程と、前記導電性基材上に付着させたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を焼成して、前記粒子を前記基材上に固定化する工程とを含んでなることを特徴とする。   And the manufacturing method of the photocatalyst material by this invention is a manufacturing method of the photocatalyst material by which rhodium dope strontium titanate particle is fix | immobilized on the electroconductive base material, Comprising: The rhodium dope titanium whose primary particle diameter is 100 nm or less Preparing strontium acid particles, attaching the rhodium-doped strontium titanate particles onto the conductive substrate by electrophoresis, and rhodium-doped strontium titanate particles deposited on the conductive substrate And a step of immobilizing the particles on the base material.

本発明による光触媒材の製造方法によれば、可視光照射下で高い水素発生活性を発現する水分解が可能な光触媒材を得ることができる。   According to the method for producing a photocatalyst material of the present invention, a photocatalyst material capable of water splitting that exhibits high hydrogen generation activity under irradiation with visible light can be obtained.

本発明による製造方法により得られた光触媒材断面の模式図である。It is a schematic diagram of the photocatalyst material cross section obtained by the manufacturing method by this invention. 本発明による製造方法により得られた光触媒材表面の走査型電子顕微鏡観察による写真である。It is the photograph by the scanning electron microscope observation of the photocatalyst material surface obtained by the manufacturing method by this invention. 本発明による製造方法により得られた光触媒材断面の走査型電子顕微鏡観察による写真である。It is the photograph by the scanning electron microscope observation of the photocatalyst material cross section obtained by the manufacturing method by this invention.

定義
本明細書において、「可視光」とは、人間の目で視認可能な波長の電磁波(光)を意味する。好ましくは、波長380nm以上の可視光線を含む光、より好ましくは、波長420nm以上の可視光線を含む光を意味する。また、可視光線を含む光としては、太陽光、集光してエネルギー密度を高めた集光太陽光、あるいはキセノンランプ、ハロゲンランプ、ナトリウムランプ、蛍光灯、発光ダイオード等の人工光源を光源として用いることが可能である。好ましくは、地球上に無尽蔵に降り注いでいる太陽光を光源として用いることが可能である。これにより、太陽光線の60%以上を占める可視光線を利用可能であるので、水から水素及び酸素を取り出せる指標となるエネルギー変換効率を高めることが可能となる。
Definitions In this specification, “visible light” means electromagnetic waves (light) having a wavelength that can be visually recognized by human eyes. Preferably, it means light containing visible light having a wavelength of 380 nm or longer, more preferably light containing visible light having a wavelength of 420 nm or longer. In addition, as light including visible light, sunlight, condensed sunlight with increased energy density by condensing, or an artificial light source such as a xenon lamp, a halogen lamp, a sodium lamp, a fluorescent lamp, or a light emitting diode is used as a light source. It is possible. Preferably, it is possible to use sunlight that has been poured infinitely on the earth as a light source. Thereby, visible light occupying 60% or more of the sunlight can be used, so that it is possible to increase the energy conversion efficiency as an index for extracting hydrogen and oxygen from water.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の調製
本発明による光触媒材の製造方法にあっては、まず一次粒子径が100nm以下であるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を用意する。
Preparation of rhodium-doped strontium titanate particles In the method for producing a photocatalyst material according to the present invention, rhodium-doped strontium titanate particles having a primary particle diameter of 100 nm or less are first prepared.

本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は、高い結晶性、かつ微細な一次粒子径を有する。   The rhodium-doped strontium titanate particles used in the production method according to the present invention have high crystallinity and a fine primary particle diameter.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の結晶性
本発明者らは、従来のロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子に比べて、結晶中のRh4+に由来する光吸収率が大きいことと、結晶中に存在する酸素欠陥に由来する光吸収率が小さいことを両立した粒子が、高い結晶性を有し、かつ高い光触媒活性を示すことを見出した。Rh−SrTiOにおいて、高い結晶性と、比表面積の大きい、すなわち微細結晶であることを両立させることには困難が伴う。つまり、Rh−SrTiOは、結晶成長にあたり微細結晶のままで、高い結晶性を有する結晶となるように成長させることが難しい物質である。このようなRh−SrTiO粒子において、結晶中のRh4+に由来する光吸収率と、結晶中に存在する酸素欠陥に由来する光吸収率とを指標とすることで、微細結晶でかつ高い結晶性を有する結晶を得ることが可能となった。
Crystallinity of rhodium-doped strontium titanate particles The inventors of the present invention have a higher light absorption rate derived from Rh 4+ in the crystal and oxygen defects present in the crystal than conventional rhodium-doped strontium titanate particles. It has been found that particles having a low light absorptance derived from the above have high crystallinity and high photocatalytic activity. In Rh—SrTiO 3 , it is difficult to achieve both high crystallinity and a large specific surface area, that is, a fine crystal. That is, Rh—SrTiO 3 is a substance that is difficult to grow to be a crystal having high crystallinity while remaining as a fine crystal during crystal growth. In such Rh—SrTiO 3 particles, by using the light absorptance derived from Rh 4+ in the crystal and the light absorptance derived from oxygen defects present in the crystal as an index, a fine crystal and a high crystal It became possible to obtain a crystal having the property.

通常、金属酸化物の結晶性が低下する要因の一つとして、酸素欠陥の生成が考えられる。つまり、金属酸化物の酸素サイトの欠損部位が多い、すなわち酸素欠陥が多いほど、結晶としての周期性が乱れるため、金属酸化物の結晶化度が低下する、つまり結晶性が低下する。   Usually, the generation of oxygen defects can be considered as one of the factors that lower the crystallinity of the metal oxide. That is, as the number of oxygen site defects in the metal oxide increases, that is, the number of oxygen defects increases, the periodicity of the crystal is disturbed, so that the crystallinity of the metal oxide decreases, that is, the crystallinity decreases.

本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の酸素欠陥量は、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる粉末の紫外光、可視光、近赤外光領域における拡散反射スペクトル測定により定量評価できる光吸収率A(=1−分光反射率R)を指標として評価することが可能である。金属酸化物、例えば、酸化チタンの中に存在する酸素欠陥は、酸化チタンのバンド構造において、Ti−3d軌道からなる伝導帯の下端から0.75〜1.18eV程度低い電子エネルギーの領域に、酸素欠陥により生成するTi3+からなるドナー準位を生じさせる。また、酸素欠陥を有する酸化チタンの吸収スペクトルは、可視光域から近赤外域に渡る幅広い領域でブロードな光吸収帯を持つことが知られている(Cronemeyerら、Phys.Rev.113号、1222〜1225ページ、1959年)。今般、本発明者らは、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の拡散反射スペクトルを測定することで、酸化チタンと同様に、可視光から近赤外光領域に渡って、ブロードな光吸収帯が生じることを確認した。さらに、焼成温度を上昇させることで、この近赤外光領域において光吸収率が減少することを確認した。これらのことから、可視光から近赤外域における光吸収を測定することで、焼成温度の上昇に伴う結晶性の向上を定量化できることを見出した。 The amount of oxygen defects in the rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention can be quantitatively evaluated by measuring diffuse reflection spectra in the ultraviolet, visible, and near-infrared light regions of the powder composed of rhodium-doped strontium titanate particles. It is possible to evaluate using A (= 1-spectral reflectance R) as an index. Oxygen defects present in a metal oxide, for example, titanium oxide, in the band structure of titanium oxide, in a region of electron energy lower by about 0.75 to 1.18 eV from the lower end of the conduction band composed of Ti-3d orbitals, The donor level which consists of Ti3 + produced | generated by an oxygen defect is produced. Further, it is known that the absorption spectrum of titanium oxide having oxygen defects has a broad light absorption band in a wide range from the visible light region to the near infrared region (Cronemeyer et al., Phys. Rev. 113, 1222). ~ 1225 pages, 1959). Now, by measuring the diffuse reflection spectrum of rhodium-doped strontium titanate particles, the present inventors have produced a broad light absorption band from visible light to near-infrared light region, similar to titanium oxide. It was confirmed. Furthermore, it was confirmed that the light absorptance decreased in this near-infrared light region by increasing the firing temperature. From these facts, it was found that the improvement in crystallinity accompanying the increase in the firing temperature can be quantified by measuring the light absorption in the near infrared region from the visible light.

また、本発明者らは、高い光触媒活性を有するロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子においては、ロジウムの状態も重要であり、チタン酸ストロンチウム結晶中の4価のロジウム(Rh4+)に由来する光吸収が大きいほど、結晶性が高くなることを見出した。このロジウムの価数による結晶性への影響に関して、以下のメカニズムが予想されるが、本発明はこのメカニズムに限定されるものではない。 In addition, in the rhodium-doped strontium titanate particles having high photocatalytic activity, the present inventors also consider the rhodium state, and light absorption derived from tetravalent rhodium (Rh 4+ ) in the strontium titanate crystal. It was found that the larger the value, the higher the crystallinity. Regarding the influence of the valence of rhodium on the crystallinity, the following mechanism is expected, but the present invention is not limited to this mechanism.

通常、ロジウムの価数は、2価、3価、4価および5価が知られている。これらの価数を有するロジウムのうち、室温及び大気中で最も安定なのは3価のロジウム(Rh3+)である。3価のロジウムを含む出発原料を用いた場合、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)を高温で焼成し結晶化する際、4価のチタン(Ti4+)のサイトにロジウムがドープされることが知られている。この際、Rh3+がTi4+の結晶サイトに置換固溶した場合、電気的中性を保つために、酸素欠陥が生じてしまう。よって、本発明者らは、この酸素欠陥を減少させるためには、結晶の電気的中性を維持可能なRh4+が、Ti4+の結晶サイトに置換固溶する必要があり、このことにより粒子の結晶性が向上することを見出した。 Usually, the valence of rhodium is known as bivalent, trivalent, tetravalent and pentavalent. Among rhodiums having these valences, trivalent rhodium (Rh 3+ ) is most stable at room temperature and in the atmosphere. When starting materials containing trivalent rhodium are used, when strontium titanate (SrTiO 3 ) is fired at high temperature and crystallized, the site of tetravalent titanium (Ti 4+ ) is known to be doped with rhodium. ing. At this time, when Rh 3+ is substituted and dissolved in a crystal site of Ti 4+ , oxygen defects are generated in order to maintain electrical neutrality. Therefore, in order to reduce the oxygen vacancies, the present inventors need to substitute Rh 4+ capable of maintaining the electrical neutrality of the crystal into a solid solution of Ti 4+ , thereby forming particles. It has been found that the crystallinity of is improved.

そこで、本発明者らは、以下の方法で粒子を測定することにより、本発明の高い光触媒活性を有するロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の光学特性パラメータを明らかにできることを見出した。   Therefore, the present inventors have found that the optical property parameters of the rhodium-doped strontium titanate particles having high photocatalytic activity of the present invention can be clarified by measuring the particles by the following method.

本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の光学特性の測定方法として、例えば、積分球ユニットを装着した、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、“V−670”)を用いることが可能である。具体的には、紫外可視近赤外分光光度計に、積分球ユニット(日本分光株式会社製、“ISV−722”)を装着する。ここで、ベースライン測定には、アルミナ焼結ペレットを用いる。その上で、微量粉末セル(日本分光株式会社製、“PSH−003”)の窓部(φ5mm)に、充填率が50%以上となるように粒子粉末30mgを詰めた際の拡散反射スペクトルを測定することで、分光反射率Rの測定が可能となる。ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の光学特性は、この装置を用いて、波長200〜2500nmまでの範囲で、拡散反射スペクトルを測定することで示される。そして、本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は、波長315nmにおける光吸収率A315(=1−R315[波長315nmにおける分光反射率])が、0.86〜0.87の範囲になるような条件下で、チタン酸ストロンチウム結晶中のRh4+に由来する光吸収に帰属される、波長570nmにおける光吸収率A570(=1−R570[波長570nmにおける分光反射率])が、0.6以上であり、かつ、結晶中の酸素欠陥に由来する光吸収に帰属される、波長1800nmにおける光吸収率A1800(=1−R1800[波長1800nmにおける分光反射率])が、0.7以下であることを特徴とする。好ましい態様によれば、波長570nmにおける光吸収率A570は、0.6以上0.8未満である。また、別の好ましい態様によれば、波長1800nmにおける光吸収率A1800は、0.3以上0.7以下である。 As a method for measuring the optical properties of the rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention, for example, an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (“V-670” manufactured by JASCO Corporation) equipped with an integrating sphere unit is used. It is possible to use. Specifically, an integrating sphere unit (manufactured by JASCO Corporation, “ISV-722”) is attached to the ultraviolet visible near infrared spectrophotometer. Here, alumina sintered pellets are used for the baseline measurement. In addition, the diffuse reflectance spectrum when 30 mg of the particle powder was packed in the window (φ5 mm) of the micro-powder cell (manufactured by JASCO Corporation, “PSH-003”) so that the filling rate was 50% or more. By measuring, the spectral reflectance R can be measured. The optical properties of the rhodium-doped strontium titanate particles are shown by measuring a diffuse reflection spectrum in the wavelength range of 200 to 2500 nm using this apparatus. The rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention have an optical absorptance A 315 (= 1-R 315 [spectral reflectance at a wavelength of 315 nm]) at a wavelength of 315 nm in the range of 0.86 to 0.87. Under such conditions, the light absorption A 570 (= 1-R 570 [spectral reflectance at a wavelength of 570 nm]) at a wavelength of 570 nm, which is attributed to the light absorption derived from Rh 4+ in the strontium titanate crystal, The optical absorptance A 1800 at a wavelength of 1800 nm (= 1−R 1800 [spectral reflectance at a wavelength of 1800 nm]), which is 0.6 or more and is attributed to light absorption derived from oxygen defects in the crystal, is 0. .7 or less. According to a preferred embodiment, the light absorption rate A 570 at a wavelength of 570 nm is 0.6 or more and less than 0.8. According to another preferred embodiment, the light absorption ratio A 1800 at a wavelength of 1800nm is 0.3 to 0.7.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の一次粒子径
本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は、微細な一次粒子径を有している。一次粒子径は、70nm以下であることが好ましい。これにより、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は高い比表面積を有することができる。また、単位重量当たりの水と接触可能な表面積が大きくなる。これにより、水の還元反応サイトが増加し、その結果、高効率な水素発生が可能となる。好ましい一次粒子径は50nm以下である。より好ましい一次粒子径は30nm以上70nm以下である。さらにより好ましい一次粒子径は30nm以上50nm以下である。
The primary particle diameter present invention by the manufacturing method rhodium doped strontium titanate particles used in rhodium-doped strontium titanate particles have a fine primary particle size. The primary particle diameter is preferably 70 nm or less. Thereby, the rhodium-doped strontium titanate particles can have a high specific surface area. Moreover, the surface area which can contact with water per unit weight becomes large. Thereby, the reduction reaction site of water increases, and as a result, highly efficient hydrogen generation becomes possible. A preferable primary particle diameter is 50 nm or less. A more preferable primary particle diameter is 30 nm or more and 70 nm or less. An even more preferable primary particle size is 30 nm or more and 50 nm or less.

また、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が微細な粒径を有することの利点は、可視光照射により、粒子内で生成する励起電子及び励起正孔が、粒子表面まで拡散する距離が短いことである。これにより、励起電子が拡散した粒子表面における水の還元による水素発生反応が高効率に起こることが可能となる。   Further, the advantage of the rhodium-doped strontium titanate particles having a fine particle size is that the distance that the excited electrons and excited holes generated in the particles diffuse to the particle surface by irradiation with visible light is short. As a result, a hydrogen generation reaction by reduction of water on the particle surface where the excited electrons are diffused can occur with high efficiency.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の一次粒子径の評価手法としては、例えば、走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、“S−4100”、以下「SEM」ともいう。)により、倍率40000倍で観察した際の結晶粒子50個の円形近似による平均値で定義することが可能である。   As an evaluation method of the primary particle diameter of rhodium-doped strontium titanate particles, for example, observation with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., “S-4100”, hereinafter also referred to as “SEM”) at a magnification of 40000 times. It is possible to define the average value by circular approximation of 50 crystal grains.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の構造
本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は、比表面積が大きいものである。本発明にあっては、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子のRSP値を指標として用いることで、表面積の大きいロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子又はこれが集合した多孔質度の高い粉体(二次粒子)を示すことが可能となった。
Structure of rhodium-doped strontium titanate particles The rhodium-doped strontium titanate particles used in the production method according to the present invention have a large specific surface area. In the present invention, by using the R SP value of rhodium-doped strontium titanate particles as an index, rhodium-doped strontium titanate particles having a large surface area or a highly porous powder (secondary particles) in which they are aggregated are used. It became possible to show.

SP値は粒子表面に吸着した水分子の吸着量に相関する指標であり、水中に分散する粒子が水と接触している表面積に依存する指標である。本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は水分解用光触媒として利用されるため、この粒子は水と接触させて利用されるものである。この場合、水は一次粒子間の間隙あるいは二次粒子内の細孔に拡散し、粒子の表面に水が接触する状態となる。従って、本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子にあっては、水が吸着している粒子の表面積をRSP値を指標として正確に測定可能であることは、比表面積の大きい粒子を得る上で有効である。なお、粒子の比表面積を測定する方法として、従来主流である窒素吸脱着測定を元にしたBET解析が挙げられるが、このBET解析では、プローブとして窒素用いており、窒素の分子直径は小さいため、水が拡散できない細孔表面に窒素が吸着してしまう。従って、BET解析による比表面積測定方法は水が吸着している粒子を対象とする場合有効性に欠ける。 The R SP value is an index that correlates with the amount of water molecules adsorbed on the particle surface, and is an index that depends on the surface area of particles dispersed in water that are in contact with water. Since the rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention are used as a photocatalyst for water splitting, the particles are used in contact with water. In this case, water diffuses into the gaps between the primary particles or the pores in the secondary particles, and the water comes into contact with the surface of the particles. Therefore, in the rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention, it is possible to accurately measure the surface area of the particles adsorbed with water using the R SP value as an index, thereby obtaining particles having a large specific surface area. Effective above. As a method for measuring the specific surface area of particles, BET analysis based on nitrogen adsorption / desorption measurement, which is the mainstream in the past, can be mentioned. However, in this BET analysis, nitrogen is used as a probe, and the molecular diameter of nitrogen is small. Nitrogen is adsorbed on the pore surfaces where water cannot diffuse. Therefore, the specific surface area measurement method based on BET analysis lacks effectiveness when it is intended for particles on which water is adsorbed.

SP値は以下の式で表される。また、RSP値は、パルスNMR粒子界面評価装置(例えば、“Acorn area”、日本ルフト製)により測定することが可能である。
SP=(R−Rav)/R (1)
ここで、Ravは、平均緩和時定数である。緩和時定数は、粒子が水に分散している際に表面に接触あるいは吸着している水の緩和時間の逆数である。平均緩和時定数は得られた緩和時定数を平均した値である。
は、粒子が含まれていないブランクの水の緩和時定数である。
The R SP value is represented by the following formula. The R SP value can be measured by a pulse NMR particle interface evaluation apparatus (for example, “Acorn area”, manufactured by Nippon Luft).
R SP = (R b −R av ) / R b (1)
Here, R av is an average relaxation time constant. The relaxation time constant is the reciprocal of the relaxation time of water that is in contact with or adsorbing to the surface when the particles are dispersed in water. The average relaxation time constant is a value obtained by averaging the obtained relaxation time constants.
R b is the relaxation time constant of blank water containing no particles.

sp値が大きいほど、粒子表面と水の相互作用が大きいことを示す。すなわち、粒子と水が接触している面積が大きく、粒子の比表面積が大きいことを示す。 The larger the Rsp value, the greater the interaction between the particle surface and water. That is, the area where the particles and water are in contact is large, and the specific surface area of the particles is large.

本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子のRSP値は、0.86以上であることが好ましい。より好ましくは0.88以上である。またRSP値は、10以下であることが好ましい。 The R SP value of the rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention is preferably 0.86 or more. More preferably, it is 0.88 or more. The R SP value is preferably 10 or less.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウムの組成
本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウムの組成は、SrTi1−xRhで表わすことができる。ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の、M(ロジウム)/M(チタン+ロジウム)で表わされるモル比率は、0.001〜0.03であることが好ましく、より好ましくは、0.01〜0.03である。モル比率をこの範囲とすることで、結晶中の酸素欠陥量の増加を抑制し、高い光触媒活性を実現することが可能である。
Composition of rhodium-doped strontium titanate The composition of rhodium-doped strontium titanate used in the production method according to the present invention can be represented by SrTi 1-x Rh x O 3 . The molar ratio of rhodium-doped strontium titanate particles represented by M (rhodium) / M (titanium + rhodium) is preferably 0.001 to 0.03, and more preferably 0.01 to 0.03. It is. By setting the molar ratio within this range, an increase in the amount of oxygen defects in the crystal can be suppressed and high photocatalytic activity can be realized.

以上のように、本発明に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は、上記に示す光吸収率と、SEMにより測定される微細な一次粒子形状を両立することで、高い光触媒活性の発現が可能となる。   As described above, the rhodium-doped strontium titanate particles used in the present invention can exhibit high photocatalytic activity by achieving both the above-described light absorption rate and the fine primary particle shape measured by SEM. Become.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法
本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法として、ストロンチウムイオン、チタンイオン、ロジウムイオンを含む水溶液を用いた熱分解法(水溶液熱分解法)を好ましく用いることが可能である。「水溶液熱分解法」とは、金属含有前駆体を原料として用い、この金属含有前駆体を含む水溶液を加熱することで、溶媒である水の蒸発に伴い、金属含有前駆体同士の脱水重縮合反応を起こす方法である。水との加水分解反応が速やかに起こる金属化合物(例えば、金属のアルコキシドや金属の塩化物等)を用いるゾル−ゲル法では、金属含有前駆体同士の加水分解により金属水酸化物が生成し、これらの脱水重縮合が速やかに起こることで、結晶核が粗大化しやすい。これに対して、水溶液熱分解法では、加水分解反応が緩やかな金属含有前駆体を原料として用いることで、水への安定な溶解が可能となる。また、このような金属含有前駆体を含む水溶液を加熱することで、溶媒である水の蒸発に伴い、金属含有前駆体同士の脱水重縮合反応が緩やかに起こり得る。これにより、熱分解時の結晶核の生成速度が遅くなり、結果的に結晶核の微細化が可能となる。
As a method for producing rhodium-doped strontium titanate particles used in the process according to the production method the present invention of a rhodium-doped strontium titanate particles, strontium ions, titanium ions, pyrolysis method using an aqueous solution containing rhodium ions (aqueous pyrolysis ) Can be preferably used. "Aqueous solution pyrolysis method" uses a metal-containing precursor as a raw material, and heats an aqueous solution containing this metal-containing precursor, thereby dehydrating polycondensation of metal-containing precursors with the evaporation of water as a solvent. It is a method of causing a reaction. In the sol-gel method using a metal compound (for example, metal alkoxide or metal chloride) in which a hydrolysis reaction with water occurs rapidly, a metal hydroxide is generated by hydrolysis of metal-containing precursors, Since these dehydration polycondensation occurs rapidly, crystal nuclei are likely to be coarsened. On the other hand, in the aqueous solution thermal decomposition method, stable dissolution in water is possible by using a metal-containing precursor, which has a mild hydrolysis reaction, as a raw material. In addition, by heating an aqueous solution containing such a metal-containing precursor, a dehydration polycondensation reaction between the metal-containing precursors can occur gradually with the evaporation of water as a solvent. This slows down the generation rate of crystal nuclei during pyrolysis, and as a result, miniaturization of crystal nuclei becomes possible.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法の一つの態様によれば、チタン化合物、ストロンチウム化合物、ロジウム化合物と疎水性錯化剤を混合し、水に溶解させることでロジウムドープチタン酸ストロンチウム前駆体を含む水溶液を調製することが好ましい(これにより得られる水溶液を、以下、水溶液Aという。)。ここで、「ロジウムドープチタン酸ストロンチウム前駆体」とは、チタン化合物が解離して生成するチタンイオンに疎水性錯化剤が配位して、形成される六員環構造を有する化合物と、ストロンチウム化合物が解離して生成するストロンチウムイオン及びロジウム化合物が解離して生成するロジウムイオンの混合物である。水溶液Aを調製する方法は、まずチタン化合物と疎水性錯化剤を混合し水溶性チタン錯体を含む水溶液を調製する(これにより得られる水溶液を、以下、水溶液Bという。)。この水溶液Bにストロンチウム化合物及びロジウム化合物を混合し、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム前駆体を含む水溶液、つまり水溶液Aを調製する。ここで、水溶性チタン錯体とは、チタン化合物が解離して生成するチタンイオンに疎水性錯化剤が配位したものである。   According to one embodiment of the method for producing rhodium-doped strontium titanate particles, a rhodium-doped strontium titanate precursor is contained by mixing a titanium compound, a strontium compound, a rhodium compound and a hydrophobic complexing agent and dissolving them in water. It is preferable to prepare an aqueous solution (the aqueous solution thus obtained is hereinafter referred to as an aqueous solution A). Here, “rhodium-doped strontium titanate precursor” means a compound having a six-membered ring structure formed by coordination of a hydrophobic complexing agent to titanium ions generated by dissociation of a titanium compound, and strontium It is a mixture of strontium ions generated by dissociating compounds and rhodium ions generated by dissociating rhodium compounds. In the method for preparing the aqueous solution A, first, an aqueous solution containing a water-soluble titanium complex is prepared by mixing a titanium compound and a hydrophobic complexing agent (the aqueous solution thus obtained is hereinafter referred to as an aqueous solution B). This aqueous solution B is mixed with a strontium compound and a rhodium compound to prepare an aqueous solution containing the rhodium-doped strontium titanate precursor, that is, an aqueous solution A. Here, the water-soluble titanium complex is one in which a hydrophobic complexing agent is coordinated to titanium ions generated by dissociation of a titanium compound.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法において、本来難水溶性であるTi4+を含むチタン化合物を水溶化させる方法として、原料としてチタン化合物の他に、疎水性錯化剤を添加することが好ましい。疎水性錯化剤をチタンイオンに配位させて、チタンイオンを錯化させることで、加水分解を抑制させることが可能となる。ここで、チタン化合物としては、チタンのアルコキシドやチタンの塩化物を用いることができる。チタンのアルコキシドとしては、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラn−プロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラn−ブトキシド等を用いることができる。チタンの塩化物としては、四塩化チタン、四フッ化チタン、四臭化チタン等を用いることができる。 In the method for producing rhodium-doped strontium titanate particles, it is preferable to add a hydrophobic complexing agent in addition to the titanium compound as a raw material as a method for water-solubilizing a titanium compound containing Ti 4+ which is inherently poorly water-soluble. By coordinating the hydrophobic complexing agent to titanium ions and complexing the titanium ions, hydrolysis can be suppressed. Here, as the titanium compound, an alkoxide of titanium or a chloride of titanium can be used. As titanium alkoxide, titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetra n-propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra n-butoxide and the like can be used. As the chloride of titanium, titanium tetrachloride, titanium tetrafluoride, titanium tetrabromide, or the like can be used.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法において用いられる疎水性錯化剤は、チタンイオンに配位でき、チタンイオンに配位した際に溶媒相側に疎水部が露出するものである。このような疎水性錯化剤として、例えばジケトン類、カテコール類を好ましく用いることができる。ジケトン類としては、一般式:Z−CO−CH−CO−Z(式中、ZおよびZは、独立して、アルキル基またはアルコキシ基である。)で表されるジケトン類を好ましく用いることができる。前記一般式で表されるジケトン類としては、アセチルアセトン、アセト酢酸エチル、アセト酢酸プロピル、アセト酢酸ブチル等を好ましく用いることができる。カテコール類としては、アスコルビン酸、ピロカテコール、tert−ブチルカテコール等を好ましく用いることができる。さらにより好ましくは、チタンへの水溶液中での錯化能が極めて高いアセチルアセトン、アセト酢酸エチルを用いることができる。これにより、親水部である水酸基が溶媒相側に露出した場合に起こる分子間の脱水重縮合による分子間重合を抑制できる。よって、熱分解時において結晶核の微細化や、熱分解反応後の粒子の微細化が可能となる。 The hydrophobic complexing agent used in the method for producing rhodium-doped strontium titanate particles is capable of coordinating to titanium ions, and the hydrophobic part is exposed on the solvent phase side when coordinated to titanium ions. As such a hydrophobic complexing agent, for example, diketones and catechols can be preferably used. Examples of diketones include diketones represented by the general formula: Z 1 —CO—CH 2 —CO—Z 2 (wherein Z 1 and Z 2 are each independently an alkyl group or an alkoxy group). Can be preferably used. As the diketones represented by the general formula, acetylacetone, ethyl acetoacetate, propyl acetoacetate, butyl acetoacetate and the like can be preferably used. As catechols, ascorbic acid, pyrocatechol, tert-butylcatechol and the like can be preferably used. Even more preferably, acetylacetone or ethyl acetoacetate having a very high complexing ability in an aqueous solution of titanium can be used. Thereby, it is possible to suppress intermolecular polymerization due to intermolecular dehydration polycondensation that occurs when a hydroxyl group that is a hydrophilic portion is exposed on the solvent phase side. Therefore, it is possible to refine crystal nuclei and to refine particles after the pyrolysis reaction during pyrolysis.

また、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法の好ましい態様によれば、疎水性錯化剤に加えて、親水性錯化剤を用いることができる。親水性錯化剤としては、好ましくはカルボン酸を用いることができ、より好ましくは、式R−COOH(式中、RはC1−4アルキル基である)で表わされるカルボン酸、または炭素数1〜6のヒドロキシ酸またはジカルボン酸を用いることができる。このような親水性錯化剤の具体例としては、酢酸、乳酸、クエン酸、酪酸、リンゴ酸等の水溶性カルボン酸等が挙げられる。さらにより好ましい水溶性カルボン酸は、酢酸または乳酸である。これにより、チタン化合物の加水分解反応の抑制や水への溶解性を向上させることが可能となる。 Moreover, according to the preferable aspect of the manufacturing method of rhodium dope strontium titanate particle | grains, in addition to a hydrophobic complexing agent, a hydrophilic complexing agent can be used. As the hydrophilic complexing agent, a carboxylic acid can be preferably used, and more preferably a carboxylic acid represented by the formula R 1 —COOH (wherein R 1 is a C 1-4 alkyl group), or A C1-C6 hydroxy acid or dicarboxylic acid can be used. Specific examples of such a hydrophilic complexing agent include water-soluble carboxylic acids such as acetic acid, lactic acid, citric acid, butyric acid and malic acid. Even more preferred water-soluble carboxylic acid is acetic acid or lactic acid. Thereby, it becomes possible to suppress the hydrolysis reaction of the titanium compound and improve the solubility in water.

また、錯体形成のための溶媒は水であってもよいが、別の好ましい態様によれば、溶媒として水溶性有機溶剤を用いても良い。これにより、遷移金属化合物の溶解性を向上させることができる。水溶性有機溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、セロソルブ系溶媒、カルビトール系溶剤が挙げられる。   Moreover, although the solvent for complex formation may be water, according to another preferable aspect, you may use a water-soluble organic solvent as a solvent. Thereby, the solubility of a transition metal compound can be improved. Specific examples of the water-soluble organic solvent include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, cellosolve solvent, and carbitol solvent.

本発明の好ましい態様によれば、水溶性チタン錯体として特開2012−056947号公報に記載のものを用いることができる。具体的には、チタンイオンに対する配位数が6であるチタン錯体であって、チタンイオンと、それに配位してなる、一般式:Z−CO−CH−CO−Z(式中、ZおよびZは、独立して、アルキル基またはアルコキシ基である。)で表され、二座配位子として機能する第1の配位子と、カルボキシラートである第2の配位子と、アルコキシドおよび水酸化物イオンからなる群から、独立してそれぞれ選択される第3の配位子および第4の配位子と、HOである第5の配位子とを含んでなるチタン錯体を用いることができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the water-soluble titanium complex described in JP 2012-056947 A can be used. Specifically, a titanium complex having a coordination number of 6 with respect to a titanium ion, which is coordinated with the titanium ion, is represented by the general formula: Z 1 —CO—CH 2 —CO—Z 2 (wherein , Z 1 and Z 2 are each independently an alkyl group or an alkoxy group.), A first ligand that functions as a bidentate ligand and a second coordination that is a carboxylate A third ligand and a fourth ligand each independently selected from the group consisting of an alkoxide and a hydroxide ion, and a fifth ligand that is H 2 O A titanium complex consisting of can be used.

また、Sr2+を含むストロンチウム化合物として、水溶性であり、加熱結晶化の際に、残渣としてアニオン成分が残らないものが好ましい。例えば、硝酸ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、乳酸ストロンチウム、クエン酸ストロンチウム等が好ましく用いられる。 Moreover, as a strontium compound containing Sr 2+ , a compound that is water-soluble and does not leave an anionic component as a residue upon heat crystallization is preferable. For example, strontium nitrate, strontium acetate, strontium chloride, strontium bromide, strontium lactate, strontium citrate and the like are preferably used.

また、Rh3+を含むロジウム化合物として、水溶性であり、加熱結晶化の際に、残渣としてアニオン成分が残らないものが好ましい。ロジウム化合物として、例えば、硝酸ロジウム、酢酸ロジウム、塩化ロジウム、臭化ロジウム、乳酸ロジウム、クエン酸ロジウム等が好ましく用いられる。また、ロジウム化合物として、Rh4+を含む分子を用いても良い。ストロンチウム化合物あるいはロジウム化合物の水への溶解性を向上させるために、乳酸、酪酸、クエン酸等の親水性錯化剤を用いてもよい。 The rhodium compound containing Rh 3+ is preferably water-soluble and does not leave an anionic component as a residue during heat crystallization. As the rhodium compound, for example, rhodium nitrate, rhodium acetate, rhodium chloride, rhodium bromide, rhodium lactate, rhodium citrate and the like are preferably used. Further, a molecule containing Rh 4+ may be used as the rhodium compound. In order to improve the solubility of the strontium compound or rhodium compound in water, a hydrophilic complexing agent such as lactic acid, butyric acid or citric acid may be used.

本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造において、前記水溶液Aにおける各種原料の好ましい混合比率としては、水100グラムに対して、チタン1原子を含むチタン化合物は、0.01〜0.2モル、より好ましくは0.02〜0.1モルであり、ストロンチウム化合物は、チタン1原子を含むチタン化合物に対して1〜1.1倍のモル量であり、ロジウム化合物は、所望のドープ量であり、疎水性錯化剤は、0.005〜0.4モル、より好ましくは0.015〜0.15モルであり、親水性錯化剤は、0.01〜0.2モル、より好ましくは0.025〜0.15モルであることが好ましい。この比率で混合することで、チタン化合物が良好に水溶化し、熱分解後の粒子の高結晶化及び微細化が可能となる。また、チタン化合物に対する、疎水性錯化剤のモル比率としては、チタン1原子を含むチタン化合物1モルに対して、0.5〜2モルであることが好ましく、より好ましくは0.8〜1.2モルである。この範囲内では、チタン化合物の加水分解反応の進行や、分子の疎水性向上による水溶性の低下を抑制することが可能となる。また、チタン化合物に対する、親水性錯化剤のモル比率としては、チタン1原子を含むチタン化合物1モルに対して、0.2〜2モルであることが好ましく、より好ましくは0.3〜1.5モルである。この範囲内では、チタン化合物の加水分解反応の進行を抑制し、チタン化合物の水への溶解性を向上させることが可能となる。また、水溶液Aにおいて、水溶液中での各イオンの安定性を維持し、結晶化後の粒子の微細化が可能なpHは、好ましくは、2〜6、より好ましくは、3〜5である。この範囲とすることで、強酸や強アルカリ雰囲気による加水分解重縮合の促進による結晶の粗大化を抑制できる。   In the production of rhodium-doped strontium titanate particles used in the production method according to the present invention, the preferable mixing ratio of various raw materials in the aqueous solution A is as follows. -0.2 mol, more preferably 0.02-0.1 mol, the strontium compound is 1-1.1 times the molar amount of the titanium compound containing 1 atom of titanium, the rhodium compound is The desired doping amount, the hydrophobic complexing agent is 0.005-0.4 mol, more preferably 0.015-0.15 mol, and the hydrophilic complexing agent is 0.01-0. It is preferable that it is 2 mol, More preferably, it is 0.025-0.15 mol. By mixing at this ratio, the titanium compound becomes water-soluble satisfactorily, and the particles after thermal decomposition can be highly crystallized and refined. Further, the molar ratio of the hydrophobic complexing agent to the titanium compound is preferably 0.5 to 2 mol, more preferably 0.8 to 1 with respect to 1 mol of the titanium compound containing 1 atom of titanium. .2 moles. Within this range, it is possible to suppress the progress of the hydrolysis reaction of the titanium compound and the decrease in water solubility due to the improved hydrophobicity of the molecule. In addition, the molar ratio of the hydrophilic complexing agent to the titanium compound is preferably 0.2 to 2 mol, more preferably 0.3 to 1 with respect to 1 mol of the titanium compound containing 1 atom of titanium. .5 moles. Within this range, the progress of the hydrolysis reaction of the titanium compound can be suppressed, and the solubility of the titanium compound in water can be improved. In the aqueous solution A, the pH at which the stability of each ion in the aqueous solution can be maintained and the particles after crystallization can be refined is preferably 2 to 6, more preferably 3 to 5. By setting it as this range, the coarsening of the crystal | crystallization by acceleration | stimulation of hydrolysis polycondensation by a strong acid or strong alkali atmosphere can be suppressed.

また、本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造においては、前記水溶液Aに、水中分散型有機ポリマー粒子を添加することが好ましい(これにより得られる水溶液Aに水中分散型有機ポリマー粒子を添加したものを、以下、分散体という。)。また、この分散体を加熱し結晶化することでロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる粉体を得ることができる。水溶液Aに水中分散型有機ポリマー粒子を添加することで、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子同士の凝集度を低減させ、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる粉体の多孔質度や空隙率を向上させることが可能となる。   In addition, in the production of rhodium-doped strontium titanate particles used in the production method according to the present invention, it is preferable to add water-dispersed organic polymer particles to the aqueous solution A (the aqueous solution-dispersed organic polymer solution obtained thereby). Hereinafter, the polymer particles added are referred to as a dispersion.) Moreover, the powder which consists of rhodium dope strontium titanate particle | grains can be obtained by heating and crystallizing this dispersion. By adding water-dispersed organic polymer particles to aqueous solution A, the degree of aggregation of rhodium-doped strontium titanate particles is reduced, and the porosity and porosity of powders composed of rhodium-doped strontium titanate particles are improved. Is possible.

この水中分散型有機ポリマー粒子として、球状ラテックス粒子や、水中油滴分散型(O/W型)エマルジョンを用いることが可能である。この水中分散型有機ポリマー粒子の添加により、微細なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が得られ、このような粒子が集合した二次粒子は多孔質となる。このように微細な一次粒子が得られ、その結果それが集合した二次粒子の多孔質度が高くなるメカニズムは、以下のように考えられるが、本発明はこのメカニズムに限定されるものではない。水中分散型有機ポリマー粒子を添加することで、水中で極性を持つポリマー粒子表面に、同じく極性分子である水溶性チタン錯体、ストロンチウムイオンおよびロジウムイオンが吸着する。加熱結晶化の工程で、ポリマー粒子の表面にあるチタン錯体は加水分解され、ロジウムドープチタン酸ストロンチウムの結晶核が生じる。ここで、ポリマー粒子の表面にある結晶核は互いに物理的距離をもって存在するため、結晶核同士の結合の機会が少なく、結晶の成長は緩やかに進行すると考えられる。この結果、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の一次粒子径が微細になるものと考えられる。さらに、生じたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子は熱分解によるポリマー粒子の消失にともない互いに結着するが、ポリマー粒子の存在がロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の凝集を抑制し、その結果、その集合体としての二次粒子の空隙率が高くなり、すなわち多孔質度が高くなるものと考えられる。   As the water-dispersed organic polymer particles, spherical latex particles or oil-in-water dispersed (O / W) emulsions can be used. By adding the water-dispersed organic polymer particles, fine rhodium-doped strontium titanate particles are obtained, and secondary particles in which such particles are aggregated are porous. The mechanism by which fine primary particles are obtained as a result and the porosity of the aggregated secondary particles is considered as follows, but the present invention is not limited to this mechanism. . By adding the water-dispersed organic polymer particles, water-soluble titanium complexes, strontium ions and rhodium ions, which are also polar molecules, are adsorbed on the surface of the polymer particles having polarity in water. In the heating and crystallization process, the titanium complex on the surface of the polymer particles is hydrolyzed to produce rhodium-doped strontium titanate crystal nuclei. Here, since the crystal nuclei on the surface of the polymer particles exist with a physical distance from each other, there are few opportunities for bonding between the crystal nuclei, and the crystal growth is considered to proceed slowly. As a result, it is considered that the primary particle diameter of the rhodium-doped strontium titanate particles becomes fine. Furthermore, the resulting rhodium-doped strontium titanate particles bind to each other as the polymer particles disappear due to thermal decomposition, but the presence of the polymer particles suppresses aggregation of the rhodium-doped strontium titanate particles, and as a result, It is considered that the porosity of the secondary particles becomes higher, that is, the porosity becomes higher.

この水中分散型有機ポリマー粒子の水中での分散粒子径は、好ましくは10〜1000nmであり、より好ましくは、30〜300nmである。この範囲の分散粒子径とすることで、ロジウムドープチタン酸ストロンチウムの結晶核同士の物理的距離を大きくすることできる。よって、加熱結晶化後に、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を微細化することが可能となる。また、水中分散型有機ポリマー粒子の材質としては、600℃以上の加熱結晶化後に、有機ポリマー粒子の加熱残存物であるアモルファス状炭素等の残渣が残らないものが好ましい。例えば、スチレン、アクリル、ウレタン、エポキシ等のモノマーユニットが重合されたもの、もしくは複数種類のモノマーユニットを含むものが好適に用いられる。そして、水中分散型有機ポリマー粒子の添加量は、高温結晶化後のロジウムドープストロンチウムの重量に対して、好ましくは、1〜20倍、より好ましくは、3〜15倍量であり、この範囲の量のポリマー粒子を、水溶液Aに添加することで、結晶化後の粒子の凝集を抑制でき、粒子の一次粒子径の微細化が可能となる。   The dispersed particle diameter of the water-dispersed organic polymer particles in water is preferably 10 to 1000 nm, and more preferably 30 to 300 nm. By setting the dispersed particle diameter within this range, the physical distance between the crystal nuclei of rhodium-doped strontium titanate can be increased. Therefore, it becomes possible to refine the rhodium-doped strontium titanate particles after heat crystallization. The material of the water-dispersed organic polymer particles is preferably a material that does not leave a residue such as amorphous carbon, which is a heated residue of the organic polymer particles, after heat crystallization at 600 ° C. or higher. For example, those obtained by polymerizing monomer units such as styrene, acrylic, urethane, and epoxy, or those containing a plurality of types of monomer units are preferably used. And the addition amount of the water-dispersed organic polymer particles is preferably 1 to 20 times, more preferably 3 to 15 times the amount of rhodium-doped strontium after high temperature crystallization. By adding an amount of polymer particles to the aqueous solution A, aggregation of particles after crystallization can be suppressed, and the primary particle diameter of the particles can be reduced.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の製造方法における、前記分散体から、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を作製する方法として、以下の方法が好ましく用いられる。前記分散体を200℃以下の低温で乾燥することで、まず乾燥粉体を得る。この乾燥粉体を結晶化する為に焼成することで、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を製造することが可能である。また、この分散体の乾燥および焼成工程を、連続的に行っても良い。ロジウムドープチタン酸ストロンチウムの結晶化の際の焼成温度は、800℃を超え1100℃未満であり、より好ましくは、900℃以上1050℃以下である。この温度範囲とすることで、水中分散型有機ポリマー粒子を熱分解しつつ、高純度なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を高度に結晶化することが可能となる。   As a method for producing rhodium-doped strontium titanate particles from the dispersion in the method for producing rhodium-doped strontium titanate particles, the following method is preferably used. The dispersion is first dried at a low temperature of 200 ° C. or lower to obtain a dry powder. By firing this dried powder for crystallization, rhodium-doped strontium titanate particles can be produced. Moreover, you may perform the drying and baking process of this dispersion continuously. The calcination temperature at the time of crystallization of rhodium-doped strontium titanate is more than 800 ° C. and less than 1100 ° C., more preferably 900 ° C. or more and 1050 ° C. or less. By adjusting to this temperature range, it is possible to highly crystallize high-purity rhodium-doped strontium titanate particles while thermally decomposing the water-dispersed organic polymer particles.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子への助触媒の担持
本発明の好ましい態様によれば、本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を用いて水を光分解して水素を生成するとき、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子表面に助触媒を担持させる。これにより、水素の発生が速やかに起こる。
According to a preferred embodiment of the co-catalyst carrying the present invention into the rhodium-doped strontium titanate particles, when generating hydrogen by photolysis of water using a rhodium-doped strontium titanate particles used in the process according to the invention, A promoter is supported on the surface of the rhodium-doped strontium titanate particles. Thereby, generation of hydrogen occurs promptly.

水素発生用助触媒としては、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム等の金属粒子から選ばれる少なくとも1種、あるいはこれらの金属粒子を混合させたものを好ましく用いることができる。より好ましくは、白金、ルテニウムの金属粒子を用いることができる。この助触媒を、粒子形状で水素発生用光触媒粒子表面に担持させることにより、水の還元反応における活性化エネルギーを減少させることが可能となるため、速やかな水素の発生が可能となる。   As the co-catalyst for hydrogen generation, at least one selected from metal particles such as platinum, ruthenium, iridium and rhodium, or a mixture of these metal particles can be preferably used. More preferably, platinum and ruthenium metal particles can be used. By supporting the promoter in the form of particles on the surface of the photocatalyst particles for hydrogen generation, it becomes possible to reduce the activation energy in the reduction reaction of water, so that hydrogen can be generated promptly.

電気泳動法によるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の基材への付着
本発明による製造方法にあっては、上記のとおり用意した一次粒子径が100nm以下であるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を導電性基材上に電気泳動法にて付着させる。電気泳動法を使用することにより、各種導電性基材へ簡便に光触媒粒子を付着させることが可能となる。
Attachment of rhodium-doped strontium titanate particles to a substrate by electrophoresis In the production method according to the present invention, rhodium-doped strontium titanate particles having a primary particle diameter of 100 nm or less prepared as described above are used as a conductive substrate. It is attached to the top by electrophoresis. By using the electrophoresis method, it is possible to easily attach the photocatalyst particles to various conductive substrates.

電気泳動法によりロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を導電性基材上に付着させる手順の具体例としては、例えば以下の手順が挙げられる。すなわち、用意したロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含む分散スラリーを用意する工程と、このスラリーを溶媒に添加し、電気泳動用の溶液を用意する工程と、この溶液にロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の表面に電荷を付与する化合物を添加する工程と、得られた溶液に導電性基材を浸漬させる工程と、この導電性基材間に電圧を印加する工程とを含む手順を用いることができる。   Specific examples of the procedure for depositing rhodium-doped strontium titanate particles on a conductive substrate by electrophoresis include the following procedures. That is, a step of preparing a dispersion slurry containing the prepared rhodium-doped strontium titanate particles, a step of adding this slurry to a solvent to prepare a solution for electrophoresis, and a surface of the rhodium-doped strontium titanate particles in this solution It is possible to use a procedure including a step of adding a compound that imparts a charge to the substrate, a step of immersing the conductive substrate in the obtained solution, and a step of applying a voltage between the conductive substrates.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含むスラリーの調製
本発明による製造方法に用いられるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含むスラリーは、一次粒子径が100nm以下であるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を溶媒中に分散可能な任意の湿式分散法を用いて調製することができる。このような湿式分散法としては、機械混練および手動混練等の混練法;ボールミル、ビーズミルおよび遊星型ミル等の機械的ミリング法;超音波照射;撹拌を好適に用いることができる。
Preparation of slurry containing rhodium-doped strontium titanate particles The slurry containing rhodium-doped strontium titanate particles used in the production method according to the present invention can disperse rhodium-doped strontium titanate particles having a primary particle diameter of 100 nm or less in a solvent. Any wet dispersion method can be used. As such a wet dispersion method, kneading methods such as mechanical kneading and manual kneading; mechanical milling methods such as ball mill, bead mill and planetary mill; ultrasonic irradiation; and stirring can be preferably used.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を分散可能な溶媒としては、有機溶媒および水性溶媒のいずれも用いることができる。有機溶媒の具体例としては、10V程度の電圧印加によっても、電気分解しない溶媒が好ましく、例えばアセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトニトリル、α―テルピネオール等の有機ビヒクル溶剤を用いることができる。水性溶媒の具体例としては、水、水溶性有機溶媒を用いることができる。水性溶媒として水を用いる場合は、電気分解により水素と酸素が生成し、生成した水素と酸素がロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子間に存在するため、粒子間に空隙が形成され、スラリーを多孔質な状態とすることが可能である。その結果、スラリー中のロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子同士の凝集を抑制することができる。   As the solvent capable of dispersing the rhodium-doped strontium titanate particles, both an organic solvent and an aqueous solvent can be used. Specific examples of the organic solvent include solvents that do not undergo electrolysis even when a voltage of about 10 V is applied. For example, ketone solvents such as acetone, acetylacetone, and methyl ethyl ketone, alcohol solvents such as ethanol and isopropyl alcohol, acetonitrile, and α-terpineol. An organic vehicle solvent such as can be used. Specific examples of the aqueous solvent include water and a water-soluble organic solvent. When water is used as the aqueous solvent, hydrogen and oxygen are generated by electrolysis, and the generated hydrogen and oxygen are present between the rhodium-doped strontium titanate particles, so that voids are formed between the particles and the slurry becomes porous. It is possible to be in a state. As a result, aggregation of rhodium-doped strontium titanate particles in the slurry can be suppressed.

また、溶媒に分散剤を添加してもよい。溶媒として有機溶媒を用いる場合に添加可能な分散剤としては、ポリビニルブチラール、エチルセルロース等のビヒクル系バインダー高分子を用いることができる。また、水性溶媒を用いる場合に添加可能な分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシルメチルセルロース、カルボキシプロピルセルロース、トリブロックコポリマー(例えば、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド)等を用いることができる。   Further, a dispersant may be added to the solvent. As a dispersant that can be added when an organic solvent is used as the solvent, a vehicle binder polymer such as polyvinyl butyral or ethyl cellulose can be used. Examples of the dispersant that can be added when an aqueous solvent is used include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, carboxymethyl cellulose, carboxypropyl cellulose, and triblock copolymers (for example, polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide). Etc. can be used.

このようにして、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の溶媒中での分散性を向上させることが可能となる。このようにして、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が一次粒子に近い形態で均一に分散し、安定に混合されて存在してなる状態を実現することが可能となる。その結果、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子同士の凝集を抑制することができる。従って、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が互いに近い距離で存在でき、導電性基材への付着、これに次ぐ焼成の際または後に、溶媒成分が揮発することで、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が高密度に接触可能な光触媒材を得ることができる。   In this way, the dispersibility of the rhodium-doped strontium titanate particles in the solvent can be improved. In this way, it is possible to realize a state in which the rhodium-doped strontium titanate particles are uniformly dispersed in a form close to primary particles and are stably mixed. As a result, aggregation of rhodium-doped strontium titanate particles can be suppressed. Therefore, rhodium-doped strontium titanate particles can exist at a close distance from each other, and the rhodium-doped strontium titanate particles have a high density due to volatilization of the solvent component during or after the adhesion to the conductive substrate and subsequent firing. Can be obtained.

電気泳動用溶液の調製
本発明による製造方法に用いられる電気泳動用溶液は、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を分散させたスラリーを溶媒に添加して調製する。溶媒としては、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含むスラリーの調製時にこの粒子を分散可能な溶媒として上述したものを用いることができる。
Preparation of Electrophoresis Solution The electrophoresis solution used in the production method according to the present invention is prepared by adding a slurry in which rhodium-doped strontium titanate particles are dispersed to a solvent. As a solvent, what was mentioned above as a solvent which can disperse | distribute this particle | grain at the time of preparation of the slurry containing rhodium dope strontium titanate particle | grains can be used.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウムの濃度
電気泳動用溶液に含まれるロジウムドープチタン酸ストロンチウムの濃度は0.01〜50重量%であることが好ましく、0.1〜20重量%であることがより好ましい。この濃度範囲とすることで、帯電した電極(導電性基材)表面と、溶液に含まれる帯電したロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子との相対的な距離を近づけることが可能となる。これにより、十分なロジウムドープチタン酸ストロンチウム泳動粒子の量を確保でき、電極表面での粒子の付着・堆積を十分なものとすることが可能となる。また、電気泳動用溶液の粘性を制御することができ、すなわち溶液中での粘性抵抗を低くし、帯電したロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が泳動し易くすることが可能となる。ここで、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム濃度とは、下記式により定まるものである。
ロジウムドープチタン酸ストロンチウム濃度(重量%)=(溶液に含まれるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の重量)÷(溶液の総重量)×100
Concentration of rhodium-doped strontium titanate The concentration of rhodium-doped strontium titanate contained in the electrophoresis solution is preferably 0.01 to 50% by weight, more preferably 0.1 to 20% by weight. By setting this concentration range, the relative distance between the surface of the charged electrode (conductive substrate) and the charged rhodium-doped strontium titanate particles contained in the solution can be reduced. As a result, a sufficient amount of rhodium-doped strontium titanate migrating particles can be secured, and the adhesion and deposition of particles on the electrode surface can be made sufficient. In addition, the viscosity of the electrophoresis solution can be controlled, that is, the viscosity resistance in the solution can be lowered, and the charged rhodium-doped strontium titanate particles can be easily migrated. Here, the rhodium-doped strontium titanate concentration is determined by the following equation.
Rhodium-doped strontium titanate concentration (% by weight) = (weight of rhodium-doped strontium titanate particles contained in the solution) ÷ (total weight of the solution) × 100

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子への電荷付与
本発明による製造方法に用いられる電気泳動用溶液には、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の表面に電荷を付与する化合物が添加される。これにより、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の表面が帯電状態となって、表面電荷を有することで、反対電荷を有する電極への静電気力による泳動が可能となり、電気泳動法にて粒子を電極上に移動させることができる。電荷を付与する化合物としては、ハロゲン分子を好ましく用いることができる。ハロゲン分子としては、ヨウ素あるいは臭素を好ましく用いることができる。
Charge imparting to rhodium-doped strontium titanate particles A compound that imparts charge to the surface of rhodium-doped strontium titanate particles is added to the electrophoretic solution used in the production method according to the present invention. As a result, the surface of the rhodium-doped strontium titanate particles becomes charged and has a surface charge, which enables migration to an electrode having an opposite charge by electrostatic force, and the particles are placed on the electrode by electrophoresis. Can be moved. As the compound imparting electric charge, a halogen molecule can be preferably used. As the halogen molecule, iodine or bromine can be preferably used.

導電性基材
本発明による製造方法に用いられる基材は、電気泳動法によりロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が付着・堆積し得るものでなければならないため、導電性を有するものでなければならない。このような基材としては、金属、あるいは基材自体が導電性を有するものでない場合には、その表面に導電性を付与する薄膜を設けることにより導電性とされたものでもよい。例えば、導電膜が表面に付与されたガラスあるいは樹脂(PET、PEN、ポリイミド等)等を好ましく用いることができる。また、導電膜としては、公知の導電膜を制限なく用いることができるが、例えば基材の光触媒層が担持された側の反対側から可視光を照射して水の光分解を行う場合や、基材の周囲全体にわたって光触媒層が固定化されているような場合は、導電膜は透明であることが好ましい。ここで、透明導電膜としては、フッ素ドープ酸化スズ、スズドープ酸化インジウム、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、ニオブドープ酸化チタン、タンタルドープ酸化チタン等が挙げられ、好ましくは、フッ素ドープ酸化スズ、スズドープ酸化インジウムが挙げられる。また、金属としては、チタン、アルミニウム、ステンレス等が用いられ、好ましくは、チタン又はアルミニウムが用いられる。また、基材の形状としては、特に制限はないが、平板状、ファイバー状、メッシュ状等を挙げることができる。
Conductive base material The base material used in the production method according to the present invention must be capable of adhering and depositing rhodium-doped strontium titanate particles by electrophoresis, and therefore must have electrical conductivity. As such a base material, when the metal or the base material itself is not conductive, the base material may be made conductive by providing a thin film that imparts conductivity to the surface. For example, glass or resin (PET, PEN, polyimide, or the like) provided with a conductive film on the surface can be preferably used. In addition, as the conductive film, a known conductive film can be used without limitation, for example, when performing photodecomposition of water by irradiating visible light from the side opposite to the side where the photocatalytic layer of the substrate is supported, When the photocatalyst layer is fixed over the entire periphery of the substrate, the conductive film is preferably transparent. Here, examples of the transparent conductive film include fluorine-doped tin oxide, tin-doped indium oxide, aluminum-doped zinc oxide, gallium-doped zinc oxide, niobium-doped titanium oxide, and tantalum-doped titanium oxide, and preferably fluorine-doped tin oxide and tin-doped. Indium oxide is mentioned. As the metal, titanium, aluminum, stainless steel or the like is used, and preferably titanium or aluminum is used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a shape of a base material, However, Flat shape, fiber shape, mesh shape, etc. can be mentioned.

印加電圧
電気泳動法において印加する電圧は、1V以上20V以下であることが好ましく、さらに好ましくは5V以上15V以下である。これにより、溶媒の電気分解が起こらず、しかもスラリー中の荷電粒子を基板表面に堆積させるために十分な電位差を確保することができる。また、電圧付加装置としては、電極間に所望の電位差を付与できるものであれば、特に制限されずに用いることができるが、ポテンシオスタット、直流電圧発生器、エレクトロメータ等を好ましく用いることができる。
The voltage applied in the applied voltage electrophoresis method is preferably 1 V or more and 20 V or less, more preferably 5 V or more and 15 V or less. Thereby, electrolysis of the solvent does not occur, and a sufficient potential difference can be secured for depositing charged particles in the slurry on the substrate surface. The voltage applying device can be used without particular limitation as long as it can provide a desired potential difference between the electrodes, but a potentiostat, a DC voltage generator, an electrometer, or the like is preferably used. it can.

また、電圧を印加する時間は、10秒〜30分が好ましい。これにより、電極上に十分な量の光触媒粒子を付着・堆積させることが可能となる。また、電気泳動の際の電気泳動用溶液の温度は、用いる溶媒の沸点を考慮して制御することが可能であるが、10〜80℃であることが好ましい。   The time for applying the voltage is preferably 10 seconds to 30 minutes. This makes it possible to attach and deposit a sufficient amount of photocatalytic particles on the electrode. The temperature of the electrophoresis solution during electrophoresis can be controlled in consideration of the boiling point of the solvent to be used, but is preferably 10 to 80 ° C.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の基材への固定化
焼成
本発明による製造方法にあっては、乾燥させたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の集合体を次に焼成する。これにより、基材上に付着・堆積したロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の集合体を、この基材上に強固に密着させる。焼成温度は、溶媒や分散剤等の加熱分解温度以上であり、さらに、基材とロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子同士の焼結が促進可能な温度であることが好ましい。具体的には、200℃以上700℃以下であり、より好ましくは、300℃以上600℃以下である。この範囲の温度で焼成することで、基材とロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の反応による不純物の生成や、密着力不足による粒子の集合体の強度低下を抑制することが可能となる。また、基材と粒子の密着性が高く、粒子間の結着性の高い、光触媒材を得ることが可能となる。その結果、可視光照射下で長期間安定した水分解による水素生成が可能な光触媒材を得ることが可能となる。また乾燥時間は5分〜10時間であることが好ましい。
Immobilization of rhodium-doped strontium titanate particles on substrate
Firing In the production method according to the present invention, the dried aggregate of rhodium-doped strontium titanate particles is then fired. Thereby, the aggregate | assembly of the rhodium dope strontium titanate particle | grains adhering and deposited on the base material is stuck firmly on this base material. The firing temperature is equal to or higher than the thermal decomposition temperature of a solvent, a dispersant and the like, and is preferably a temperature at which sintering of the base material, rhodium-doped strontium titanate particles and rhodium-doped strontium titanate particles can be promoted. Specifically, it is 200 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and more preferably 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. By firing at a temperature in this range, it is possible to suppress the generation of impurities due to the reaction between the base material and the rhodium-doped strontium titanate particles and the decrease in strength of the aggregate of particles due to insufficient adhesion. In addition, it is possible to obtain a photocatalyst material having high adhesion between the substrate and the particles and high binding property between the particles. As a result, it is possible to obtain a photocatalyst material capable of hydrogen generation by water decomposition that is stable for a long time under visible light irradiation. The drying time is preferably 5 minutes to 10 hours.

乾燥
本発明による製造方法にあっては、電気泳動法によって基材に付着・堆積させたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の集合体を、焼成する前に、場合により加熱して、乾燥させることが好ましい。これにより、電気泳動に用いた溶媒の蒸発を促進することができ、乾燥後に行われる焼成により安定な粒子の集合体とすることが可能となる。乾燥温度は10〜120℃の低温であることが好ましい。
Drying In the production method according to the present invention, the aggregate of rhodium-doped strontium titanate particles adhered to and deposited on the substrate by electrophoresis is preferably heated and dried before firing. . Thereby, evaporation of the solvent used for electrophoresis can be promoted, and a stable aggregate of particles can be obtained by baking performed after drying. The drying temperature is preferably a low temperature of 10 to 120 ° C.

光触媒材
本発明による製造方法により得られる光触媒材は、基材と、当該基材上に固定化されてなる一次粒子径が100nm以下であるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含んでなるものである。この光触媒材に担持された光触媒は、一次粒子径の小さい微細な構造のロジウムドープチタン酸ストロンチウムを含み、これら微細粒子が集合して形成された集合体として存在する(以下「光触媒層」ともいう。)。このため、この光触媒層の空隙率は高くなり、すなわち多孔質度は高くなり、光触媒層の比表面積は大きくなる。その結果、元々高い光触媒活性を有するロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が集合して形成された光触媒層の光触媒活性は低くならない活性が発揮される。
Photocatalyst material The photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention comprises a base material and rhodium-doped strontium titanate particles having a primary particle diameter of 100 nm or less immobilized on the base material. The photocatalyst supported on this photocatalyst material contains rhodium-doped strontium titanate having a fine structure with a small primary particle diameter, and exists as an aggregate formed by aggregation of these fine particles (hereinafter also referred to as “photocatalyst layer”). .) For this reason, the porosity of this photocatalyst layer becomes high, that is, the porosity becomes high, and the specific surface area of the photocatalyst layer becomes large. As a result, the photocatalytic activity of the photocatalytic layer formed by aggregation of rhodium-doped strontium titanate particles that originally have high photocatalytic activity is exhibited as low as possible.

また、本発明による製造方法により得られる光触媒材は、一次粒子径の小さい微細な構造のロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が集合して形成されてなるものであるため、この粒子と基材との接触面積は大きくなる。これにより、基材と光触媒層との密着性が高い光触媒材を得ることが可能となる。   Further, the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention is formed by agglomerating rhodium-doped strontium titanate particles having a small primary particle diameter, and thus the contact between the particles and the substrate. The area becomes larger. Thereby, it becomes possible to obtain a photocatalyst material having high adhesion between the substrate and the photocatalyst layer.

また、本発明による製造方法により得られる光触媒材は微細なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の集合体であるため、粒子同士の結着性は良好である。その結果、粒子は均一性をもって光触媒層を形成することが可能となる。また、このように形成された光触媒層は、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が堆積した厚みのある状態となることが可能である。   Further, since the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention is an aggregate of fine rhodium-doped strontium titanate particles, the binding property between the particles is good. As a result, the particles can form a photocatalytic layer with uniformity. In addition, the photocatalyst layer thus formed can be in a thick state in which rhodium-doped strontium titanate particles are deposited.

このような光触媒層の状態としては、基材表面に光触媒粒子が存在していれば、完全な膜状に加え、例えば、部分的に膜状になっている状態も包含する。また、光触媒層は基材表面上に島状に離散して存在していてもよい。また、光触媒層はいわゆる膜の状態に加え、波状、くし型状、ファイバー状、メッシュ状などの状態であってもよい。本発明において「光触媒層」とは基材上に上記したような状態で存在する光触媒粒子の集合体を意味する。   Such a state of the photocatalyst layer includes, for example, a partially film-like state in addition to a complete film shape as long as the photocatalyst particles are present on the substrate surface. Moreover, the photocatalyst layer may exist discretely in an island shape on the substrate surface. In addition to the so-called film state, the photocatalyst layer may be in a wave shape, a comb shape, a fiber shape, a mesh shape, or the like. In the present invention, the “photocatalyst layer” means an aggregate of photocatalyst particles present on the base material in the above-described state.

本発明による製造方法により得られる光触媒材に担持される光触媒層の厚みは、0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。より好ましい光触媒層の厚みは0.2μm以上30μm以下である。   The thickness of the photocatalyst layer carried on the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. A more preferable thickness of the photocatalyst layer is 0.2 μm or more and 30 μm or less.

また、本発明による製造方法により得られる光触媒材は、微細なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の集合体を担持していることにより、これら微細なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子と基材との単位面積当たりの接触点が極めて多い。これにより、基材−粒子間、および粒子−粒子間の機械的強度が良好となり、基材とロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子との密着性、およびロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子間の結着性を高めることが可能となる。これにより、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が基材から脱離したり、基材上に偏析したりすることを抑制することが可能となる。その結果、本発明による製造方法により得られる光触媒材は、長期に安定した水素製造機能を維持することが可能である。   Further, the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention carries an aggregate of fine rhodium-doped strontium titanate particles, so that per unit area of the fine rhodium-doped strontium titanate particles and the substrate. There are many contact points. Thereby, the mechanical strength between the substrate and the particles and between the particles and the particles is improved, and the adhesion between the substrate and the rhodium-doped strontium titanate particles and the binding property between the rhodium-doped strontium titanate particles are improved. It becomes possible. Thereby, it becomes possible to prevent rhodium-doped strontium titanate particles from being detached from the base material or segregating on the base material. As a result, the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention can maintain a stable hydrogen production function for a long time.

本発明による製造方法により得られる光触媒材に担持される、微細なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の集合体は、粒子間空隙が細孔を形成した多孔質度の高い構造を有することで、膜外からの水の効率的な膜中への拡散と、膜中で生成した水素と酸素の膜外への脱離を可能とする。これにより、光触媒材は、高い効率で水分解反応による水素の高効率な生成が可能となる。本発明の好ましい態様によれば、本発明による製造方法により得られる光触媒材の細孔径は、10nm以上200nm以下であることが好ましく、20nm以上100nm以下であることがより好ましい。   The aggregate of fine rhodium-doped strontium titanate particles supported on the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention has a structure with a high degree of porosity in which interparticle voids form pores. Allows efficient diffusion of water into the film and desorption of hydrogen and oxygen produced in the film out of the film. Thereby, the photocatalyst material can generate hydrogen efficiently by water splitting reaction with high efficiency. According to a preferred embodiment of the present invention, the pore diameter of the photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and more preferably 20 nm or more and 100 nm or less.

本発明において光触媒層の細孔径とは、光触媒層に含まれる光触媒粒子間に存在する細孔の細孔直径を意味する。この細孔径は、窒素ガス吸脱着による細孔分布測定により測定可能であり、BJH法による解析により求められる。具体的には、例えば、ガス吸着細孔分布測定装置(“BELSORP−mini”、日本ベル製)を用いて、窒素ガスの吸脱着等温線測定を行い、BJH法による解析により細孔直径を得る。得られた細孔直径に対するLog微分細孔容積をプロットすることにより、細孔容積分布を得る。この細孔容積分布において、ピーク位置の細孔直径を、細孔径とする。   In the present invention, the pore diameter of the photocatalyst layer means the pore diameter of the pores existing between the photocatalyst particles contained in the photocatalyst layer. The pore diameter can be measured by pore distribution measurement by nitrogen gas adsorption / desorption, and is determined by analysis by the BJH method. Specifically, for example, the adsorption / desorption isotherm of nitrogen gas is measured using a gas adsorption pore distribution measuring device (“BELSORP-mini”, manufactured by Nippon Bell), and the pore diameter is obtained by analysis by the BJH method. . The pore volume distribution is obtained by plotting the Log differential pore volume against the obtained pore diameter. In this pore volume distribution, the pore diameter at the peak position is defined as the pore diameter.

本発明による製造方法により得られる光触媒材断面の模式図を図1に示す。図1において、光触媒材は、導電性基材3上に、微細なロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子1の集合体からなる、粒子間空隙2および膜厚4を有する光触媒層が固定化されている。   A schematic diagram of a cross section of a photocatalyst material obtained by the production method according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, the photocatalyst material is formed by fixing a photocatalyst layer having an interparticle void 2 and a film thickness 4, which is made of an aggregate of fine rhodium-doped strontium titanate particles 1, on a conductive substrate 3.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention. The present invention is not limited to these examples.

実施例1〜4
ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の合成
20mLガラス製サンプル管瓶にアセチルアセトン(和光純薬製)0.02mol(2.003g)を添加し、室温で撹拌しながら、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬製)0.02mol(5.684g)を添加して、黄色の水溶性チタン−アセチルアセトン錯体を含む溶液を調製した。この水溶性チタン−アセチルアセトン錯体を含む溶液を、0.32mol/Lの酢酸水溶液50mLに、室温で攪拌しながら添加した。添加後、室温で約1時間攪拌を行い、更に60℃で約1時間撹拌を行うことで、黄色透明な水溶性チタン錯体を含む水溶液を調製した。
Examples 1-4
Synthesis of rhodium-doped strontium titanate particles Add 0.02 mol (2.003 g) of acetylacetone (Wako Pure Chemical) to a 20 mL glass sample tube and stir at room temperature. Titanium tetraisopropoxide (Wako Pure Chemical) 0.02 Mol (5.684 g) was added to prepare a solution containing a yellow water-soluble titanium-acetylacetone complex. The solution containing this water-soluble titanium-acetylacetone complex was added to 50 mL of a 0.32 mol / L acetic acid aqueous solution with stirring at room temperature. After the addition, the mixture was stirred at room temperature for about 1 hour, and further stirred at 60 ° C. for about 1 hour to prepare an aqueous solution containing a yellow transparent water-soluble titanium complex.

次いで、上記で調製した水溶性チタン錯体を含む水溶液を10g分取した(Ti含有量:3.41mmol)。また、高温焼成中に、昇華性のあるストロンチウムが減少するのを補償するために、SrがTiに対して1.07倍のモル量となるように、酢酸ストロンチウム・0.5水和物(和光純薬製)3.75mmol(0.84g)と、乳酸(和光純薬製)0.70gを蒸留水3.16gに溶解したSr含有水溶液を作製した。次に、分取した水溶性チタン錯体を含む水溶液に、Sr含有水溶液を徐々に添加した。さらに、Tiに対してRhが0.02mol%となるように、三塩化ロジウム(和光純薬製)5wt%水溶液を徐々に添加した後、室温で3時間撹拌を行った。これにより、橙色透明な2mol%ロジウムドープチタン酸ストロンチウム前駆体となる水溶液を得た。   Next, 10 g of an aqueous solution containing the water-soluble titanium complex prepared above was collected (Ti content: 3.41 mmol). Also, in order to compensate for the decrease in sublimable strontium during high-temperature firing, strontium acetate 0.5 hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used so that the molar amount of Sr was 1.07 times that of Ti. ) 3.75 mmol (0.84 g) and 0.70 g of lactic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) were dissolved in 3.16 g of distilled water to prepare a Sr-containing aqueous solution. Next, the Sr-containing aqueous solution was gradually added to the collected aqueous solution containing the water-soluble titanium complex. Further, a 5 wt% aqueous solution of rhodium trichloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was gradually added so that Rh was 0.02 mol% with respect to Ti, followed by stirring at room temperature for 3 hours. As a result, an orange transparent 2 mol% rhodium-doped strontium titanate precursor aqueous solution was obtained.

さらに、前記水溶液に、焼成後に得られるロジウムドープチタン酸ストロンチウムの重量に対して、重量比で5倍の固形分となるように、アクリル−スチレン系O/W型エマルジョン(DIC製、“EC-905EF”、分散粒子径150nm、pH:9、固形分濃度50wt%)を添加し、分散体を調製した。   Furthermore, an acrylic-styrene-based O / W emulsion (manufactured by DIC, “EC-”) was added to the aqueous solution so that the solid content was 5 times the weight of the rhodium-doped strontium titanate obtained after firing. 905EF ”, dispersed particle diameter 150 nm, pH: 9, solid content concentration 50 wt%) was added to prepare a dispersion.

以上のように調製した分散体を、80℃で1時間乾燥させた後、500℃で2時間焼成した。ガラス基板から粉末を回収し、更に、1000℃で10時間焼成することで、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる粉末を得た。走査型電子顕微鏡(S-4100、日立製作所製)観察により、このロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる粉末は、一次粒子径が約50nmの微粒子からなる多孔質構造を有するものであることが確認された。   The dispersion prepared as described above was dried at 80 ° C. for 1 hour and then calcined at 500 ° C. for 2 hours. The powder was collected from the glass substrate and further fired at 1000 ° C. for 10 hours to obtain a powder composed of rhodium-doped strontium titanate particles. Observation with a scanning electron microscope (S-4100, manufactured by Hitachi, Ltd.) confirmed that the powder composed of rhodium-doped strontium titanate particles has a porous structure composed of fine particles having a primary particle diameter of about 50 nm. It was.

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子への助触媒の担持
得られたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含む粉末1gを、助触媒原料となる塩化白金酸・六水和物(和光純薬製)を1wt%含む水溶液1.32gに添加した後、超音波照射により懸濁分散させた。その後、この分散液を乳鉢を用いて30分間混練し、水を乾燥させつつ濃縮することで、ペースト状にした。その後、このペーストを室温で2時間乾燥させて、粉末を回収した後、400℃で30分大気焼成することで、助触媒として白金を0.5wt%担持したロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を作製した。
Support of promoter on rhodium-doped strontium titanate particles 1 g of the powder containing the obtained rhodium-doped strontium titanate particles contains 1 wt% of chloroplatinic acid hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) as a promoter material. After adding to 1.32 g of aqueous solution, it was suspended and dispersed by ultrasonic irradiation. Thereafter, the dispersion was kneaded for 30 minutes using a mortar, and concentrated while drying water to obtain a paste. Then, this paste was dried at room temperature for 2 hours, and after collecting the powder, it was calcined at 400 ° C. for 30 minutes to produce rhodium-doped strontium titanate particles carrying 0.5 wt% of platinum as a promoter. .

ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含む分散スラリーの作製
助触媒を担持させたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を、遊星ミルを用いて、溶媒中に高分散させたスラリーを作製した。具体的には、高速遊星型ボールミル装置(フリッチュ製、“Premium Line P-7”)を用いて、ジルコニア被覆容器(内容量45ml)中に、助触媒を担持させたロジウムドープチタン酸ストロンチウム微粒子粉末、及び0.1mmφジルコニアビーズをそれぞれ1gずつ、そして、エタノール4gを入れて、700rpmで30分ミリング処理を行った。次に、樹脂製篩を用いて、処理後のスラリー液を減圧ろ過することにより、そしてジルコニアビーズを回収することにより、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が分散したスラリー(固形分20wt%)を得た。
Production of a dispersion slurry containing rhodium-doped strontium titanate particles A slurry in which rhodium-doped strontium titanate particles carrying a cocatalyst were highly dispersed in a solvent was produced using a planetary mill. Specifically, rhodium-doped strontium titanate fine particle powder in which a cocatalyst is supported in a zirconia-coated container (with a content of 45 ml) using a high-speed planetary ball mill (Fritsch, “Premium Line P-7”) 1 g each of 0.1 mmφ zirconia beads and 4 g of ethanol were added, and milling was performed at 700 rpm for 30 minutes. Next, a slurry (solid content: 20 wt%) in which rhodium-doped strontium titanate particles were dispersed was obtained by filtering the slurry liquid after treatment under reduced pressure using a resin sieve and collecting zirconia beads. .

電気泳動法によりロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が基材に固定化された光触媒材の作製
電気泳動法によるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の固定化は、次の手順で行った。まず、100mLビーカー中で、前記ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を含む分散スラリーをアセトンに添加し、電気泳動用の溶液を調製した。この際、溶液に含まれるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の濃度が表1に示す濃度となるように、全体で50mLの各電気泳動用反応液(実施例1〜4)を調製した。更に、粒子表面に電荷を付与する目的で、この溶液にヨウ素10mgを添加し、1分間超音波分散した。
Preparation of a photocatalyst material in which rhodium-doped strontium titanate particles are immobilized on a substrate by electrophoresis The rhodium-doped strontium titanate particles are immobilized by electrophoresis according to the following procedure. First, the dispersion slurry containing the rhodium-doped strontium titanate particles was added to acetone in a 100 mL beaker to prepare a solution for electrophoresis. Under the present circumstances, 50 mL of each reaction liquid for electrophoresis (Examples 1-4) was prepared so that the density | concentration of the rhodium dope strontium titanate particle | grains contained in a solution might become the density | concentration shown in Table 1. Further, 10 mg of iodine was added to this solution for the purpose of imparting electric charge to the particle surface, and ultrasonic dispersion was performed for 1 minute.

そして、FドープSnO膜付きガラス(以下、「FTO基板」ともいう。AGCファブリテック製“U膜”、基板厚:1mm、シート抵抗:15Ω/□、サイズ:5×5cm)を2枚、導電面を対向させた状態で、電極取り出し部が1×4cmとなるように、ビーカー中に浸漬させた(電極間距離:1cm)。 Then, two pieces of glass with F-doped SnO 2 film (hereinafter also referred to as “FTO substrate”, “U film” manufactured by AGC Fabrytec, substrate thickness: 1 mm, sheet resistance: 15Ω / □, size: 5 × 5 cm), With the conductive surfaces facing each other, it was immersed in a beaker so that the electrode take-out portion was 1 × 4 cm (distance between electrodes: 1 cm).

そして、2枚のFTO基板を、ポテンショスタットの端子(+、−)でつなぐことで2極式の電解セルとし、10Vを両極間に印加させることで、3分間、分散粒子の電気泳動を行った。さらに、電気泳動後の基板を反応液から取り出して、室温で1分、80℃で30分乾燥させた後、450℃で30分焼成して、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる光触媒層が基板に固定化された各光触媒材(実施例1〜4)を作製した。   Then, two FTO substrates are connected by potentiostat terminals (+,-) to form a bipolar electrolysis cell, and 10V is applied between the two electrodes, and the dispersed particles are electrophoresed for 3 minutes. It was. Further, the substrate after electrophoresis is taken out of the reaction solution, dried at room temperature for 1 minute, and then at 80 ° C. for 30 minutes, and then calcined at 450 ° C. for 30 minutes, so that a photocatalyst layer composed of rhodium-doped strontium titanate particles is formed on the substrate. Each photocatalyst material (Examples 1 to 4) immobilized on the substrate was prepared.

比較例1および2
ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の合成
固相反応法によりロジウムドープチタン酸ストロンチウムを作製した。具体的には、炭酸ストロンチウム(関東化学製)、酸化チタン(添川理化学製、ルチル型)、および酸化ロジウム(Rh:和光純薬製)の各粉末を、Sr:Ti:Rh=1.07:1−x:x(x:ロジウムドープ比率=0.02)のモル比率となるように混合した。その後、得られた混合粉末を1000℃で10時間焼成し、ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粉末を作製した。走査型電子顕微鏡(S-4100、日立製作所製)観察により、このロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子からなる粉末は、一次粒子径が約500nmの微粒子からなる多孔質構造を有するものであることが確認された。
Comparative Examples 1 and 2
Synthesis of rhodium-doped strontium titanate particles The rhodium-doped strontium titanate was prepared by solid-phase reaction method. Specifically, each powder of strontium carbonate (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), titanium oxide (manufactured by Soekawa Richemical Co., Ltd., rutile type), and rhodium oxide (Rh 2 O 3 : manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. .07: 1-x: x (x: rhodium doping ratio = 0.02). Then, the obtained mixed powder was baked at 1000 ° C. for 10 hours to produce rhodium-doped strontium titanate powder. Observation by a scanning electron microscope (S-4100, manufactured by Hitachi, Ltd.) confirmed that the powder composed of rhodium-doped strontium titanate particles has a porous structure composed of fine particles having a primary particle diameter of about 500 nm. It was.

得られた上記粒子粉末を用い、電気泳動用溶液に含まれるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の濃度を表1に示す濃度とした以外は、助触媒の担持、分散スラリーの作製、及び電気泳動法による光触媒材の作製の手順は実施例と同様の方法で、各光触媒材(比較例1、2)を得た。作製した光触媒材の作製条件および特性を表1に示す。   Using the obtained particle powder, except that the concentration of rhodium-doped strontium titanate particles contained in the electrophoresis solution was changed to the concentration shown in Table 1, co-catalyst loading, dispersion slurry preparation, and electrophoresis The procedure for preparing the photocatalyst material was the same as in the example, and each photocatalyst material (Comparative Examples 1 and 2) was obtained. The production conditions and characteristics of the produced photocatalyst material are shown in Table 1.

電気泳動法によりロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が基材に固定化された光触媒材の微細構造
上記実施例4で作製した光触媒材の表面および断面の走査型電子顕微鏡観察による写真をそれぞれ図2および図3に示す。図2から、多孔質な膜構造が得られていることが確認された。
Microstructure of a photocatalyst material in which rhodium-doped strontium titanate particles are immobilized on a substrate by electrophoresis . A photograph of the surface and cross-section of the photocatalyst material prepared in Example 4 above by scanning electron microscope is shown in FIG. 2 and FIG. 3 shows. From FIG. 2, it was confirmed that a porous membrane structure was obtained.

走査型電子顕微鏡観察による光触媒材の膜厚の測定
得られた各光触媒材断面の走査型電子顕微鏡観察による写真(倍率:2000倍)から、膜厚を測定した。なお、ここで膜厚は、基板表面から光触媒層の最上部までの距離として測定した。実施例4では、図3より9μmの多孔質な光触媒層が得られていることが確認された。実施例4以外の各光触媒材の膜厚は表1に示されるとおりであった。
Measurement of the film thickness of the photocatalyst material by observation with a scanning electron microscope The film thickness was measured from a photograph (magnification: 2000 times) of the cross section of each photocatalyst material obtained by observation with a scanning electron microscope. Here, the film thickness was measured as the distance from the substrate surface to the top of the photocatalyst layer. In Example 4, it was confirmed from FIG. 3 that a 9 μm porous photocatalyst layer was obtained. The film thickness of each photocatalyst material other than Example 4 was as shown in Table 1.

光触媒層と基材との密着試験
実施例1〜4および比較例1、2の各光触媒材において、基板上に製膜された光触媒層上にメンディングテープ(住友3M製、厚み63μm)を張り付けて、テープを剥離するテープ剥離試験により、基板と光触媒層との密着性を評価した。評価方法は以下の通りとした。すなわち、メンディングテープを光触媒層上に張り付け、指の腹でテープを押しつけながら指を5往復摺動させた。10秒後に、テープを一気に剥離させた。なお、判定基準は以下のとおりとした。
○:テープ剥離後、基材に光触媒層が残存していた
×:テープ剥離後、基材から完全に光触媒層が剥離された
Adhesion test between photocatalyst layer and base material In each of the photocatalyst materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, a mending tape (Sumitomo 3M, thickness 63 μm) was pasted on the photocatalyst layer formed on the substrate. Then, the adhesion between the substrate and the photocatalyst layer was evaluated by a tape peeling test for peeling the tape. The evaluation method was as follows. That is, the mending tape was stuck on the photocatalyst layer, and the finger was slid 5 times while pressing the tape with the belly of the finger. After 10 seconds, the tape was peeled off at once. The criteria for determination were as follows.
○: The photocatalyst layer remained on the substrate after the tape was peeled x: The photocatalyst layer was completely peeled from the substrate after the tape was peeled off

その結果、実施例1〜4の各光触媒材では、テープ剥離後も、チタン基板上に光触媒層が残存しており、強固な基板密着性が確認されたが、比較例1、2の各光触媒材では、完全に光触媒層が基板から剥離し、脆弱な基板密着性であることが確認された。   As a result, in each of the photocatalyst materials of Examples 1 to 4, the photocatalyst layer remained on the titanium substrate even after the tape was peeled, and strong substrate adhesion was confirmed. In the material, the photocatalyst layer was completely peeled from the substrate, and it was confirmed that the material had fragile substrate adhesion.

光触媒材の水分解による水素発生活性
パイレックス(登録商標)製窓付きのセパラブルガラスフラスコに、作製した各光触媒材を導入し、犠牲試薬としてメタノール10vol%を含む水溶液200mlを入れて、反応溶液とした。そして、この反応溶液を入れたガラスフラスコを閉鎖循環装置に装着し、反応系内の雰囲気をアルゴン置換した。そして、UVカットフィルター(L−42、HOYA製)を装着した300Wキセノンランプ(Cermax製、PE−300BF)により、可視光をパイレックス(登録商標)製窓側から照射した。そして、光触媒反応により、水が還元されて生成する水素の発生量を、ガスクロマトグラフ(島津製作所製、GC−8A、TCD検出器、MS−5Aカラム)により経時的に調べ、照射開始後、3時間評価を行った。
Hydrogen generation activity by water decomposition of photocatalyst material Each produced photocatalyst material is introduced into a separable glass flask with a window made of Pyrex (registered trademark), and 200 ml of an aqueous solution containing 10 vol% of methanol as a sacrificial reagent is added. did. The glass flask containing the reaction solution was attached to a closed circulation device, and the atmosphere in the reaction system was replaced with argon. Then, visible light was irradiated from the Pyrex (registered trademark) window side by a 300 W xenon lamp (manufactured by Cermax, PE-300BF) equipped with a UV cut filter (L-42, manufactured by HOYA). Then, the amount of hydrogen generated by reduction of water by the photocatalytic reaction is examined over time by a gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation, GC-8A, TCD detector, MS-5A column). Time evaluation was performed.

その結果は表1に示されるとおりであった。実施例1〜4の光触媒材では、可視光照射による水分解反応により、水素が良好に発生していることが確認された。さらに、3時間の評価後も、光触媒層は基板上に初期と同様に固定化されていることが確認された。一方、比較例1、2のサンプルでは、可視光照射による水素の発生はほとんどみられず、3時間の評価後にサンプルの状態を確認したところ、光触媒層が基板上にほとんど残存しておらず、光触媒層は評価中に基板から剥離した後、評価溶液中に拡散していったことが確認された。   The results were as shown in Table 1. In the photocatalyst materials of Examples 1 to 4, it was confirmed that hydrogen was favorably generated by the water splitting reaction by visible light irradiation. Further, it was confirmed that the photocatalyst layer was immobilized on the substrate in the same manner as the initial stage after the evaluation for 3 hours. On the other hand, in the samples of Comparative Examples 1 and 2, the generation of hydrogen by visible light irradiation was hardly observed, and the state of the sample was confirmed after 3 hours of evaluation, and the photocatalyst layer hardly remained on the substrate. It was confirmed that the photocatalyst layer diffused into the evaluation solution after peeling from the substrate during the evaluation.

Figure 0006170352
Figure 0006170352

1 ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子
2 粒子間空隙
3 導電性基材
4 膜厚
1 Rhodium-doped strontium titanate particles 2 Interparticle voids 3 Conductive substrate 4 Film thickness

Claims (4)

導電性基材上にロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子が固定化されてなる光触媒材の製造方法であって、
一次粒子径が50nm以上100nm以下であり、さらに、波長315nmにおける光吸収率A 315 が0.86〜0.87の範囲になるような条件下で、波長570nmにおける光吸収率A 570 が0.6以上であり、かつ、波長1800nmにおける光吸収率A 1800 が0.7以下であるロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を用意する工程と、
前記ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を前記導電性基材上に電気泳動法にて付着させる工程と、
前記導電性基材上に付着させたロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子を焼成して、前記粒子を前記基材上に固定化する工程と
を含んでなる、製造方法。
A method for producing a photocatalytic material in which rhodium-doped strontium titanate particles are immobilized on a conductive substrate,
Primary particle diameter of Ri der than 100nm or less 50 nm, further, under conditions such that the light absorptance A 315 at a wavelength of 315nm is in the range of 0.86 to 0.87, the light absorption ratio A 570 at a wavelength of 570nm is 0 and at .6 or more and preparing a rhodium-doped strontium titanate particles light absorptivity a 1800 is Ru der 0.7 at a wavelength of 1800 nm,
Attaching the rhodium-doped strontium titanate particles onto the conductive substrate by electrophoresis;
And firing the rhodium-doped strontium titanate particles deposited on the conductive substrate to immobilize the particles on the substrate.
前記ロジウムドープチタン酸ストロンチウム粒子の一次粒子径が50nm以上70nm以下である、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 1 whose primary particle diameters of the said rhodium dope strontium titanate particle are 50 nm or more and 70 nm or less. 前記電気泳動法において印加する電圧が1V以上20V以下である、請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein a voltage applied in the electrophoresis method is 1 V or more and 20 V or less. 前記導電性基材が、チタン、アルミニウム、フッ素ドープ酸化スズ膜付きガラス、およびスズドープ酸化インジウム膜付きガラスから選ばれる1種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive substrate is one selected from titanium, aluminum, glass with a fluorine-doped tin oxide film, and glass with a tin-doped indium oxide film.
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