JP6578596B2 - Method for producing metal (X) -doped bismuth vanadate and metal (X) -doped bismuth vanadate - Google Patents

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本発明は、金属(X)ドープバナジン酸ビスマスの製造方法および金属(X)ドープバナジン酸ビスマスに関する。   The present invention relates to a method for producing metal (X) -doped bismuth vanadate and metal (X) -doped bismuth vanadate.

水素製造技術の一つとして、太陽エネルギーを利用して水を分解し水素を製造する光触媒技術が注目されている。この技術は、化石資源に依存しない、クリーンかつ持続可能な水素製造技術であることから、エネルギー・環境問題の観点で、非常に意義がある。太陽エネルギーを広い波長範囲で利用するためには、太陽エネルギーの約半分を占める可視光を吸収することにより光触媒作用が発現する材料の開発が重要である。   As one of the hydrogen production technologies, photocatalytic technology that uses solar energy to decompose water to produce hydrogen has attracted attention. Since this technology is a clean and sustainable hydrogen production technology that does not depend on fossil resources, it is very significant in terms of energy and environmental issues. In order to use solar energy in a wide wavelength range, it is important to develop a material that exhibits photocatalysis by absorbing visible light that occupies about half of the solar energy.

シーライト構造モノクリニック相(以下、「s−m相」と略記することがある。)のバナジン酸ビスマス(以下、「BiVO」と略記することがある。)は520nmまでの太陽エネルギーを吸収できる光触媒として知られている。例えば、Rhをドープしたチタン酸ストロンチウム(SrTiO:Rh)とs−m相BiVOとを組み合わせたZスキーム型光触媒による疑似太陽光照射下での水分解反応が報告されている(非特許文献1)。このZスキーム型光触媒において、SrTiO:Rhが水素発生、s−m相BiVOが酸素発生の役割を担っており、水分解反応速度を向上させるためにはs−m相BiVOの高性能化が必要である。 Bismuth vanadate (hereinafter sometimes abbreviated as “BiVO 4 ”) in the monolite phase of the celite structure (hereinafter sometimes abbreviated as “sm phase”) absorbs solar energy up to 520 nm. Known as a possible photocatalyst. For example, a water decomposition reaction under pseudo-sunlight irradiation using a Z-scheme type photocatalyst combining Rh-doped strontium titanate (SrTiO 3 : Rh) and sm phase BiVO 4 has been reported (Non-Patent Document). 1). In this Z-scheme type photocatalyst, SrTiO 3 : Rh plays a role of hydrogen generation, and sm phase BiVO 4 plays a role of oxygen generation. In order to improve the water splitting reaction rate, the high performance of sm phase BiVO 4 Is necessary.

s−m相BiVOの高性能化の手法の一つとして、金属ドープによる高性能化の手法が知られている(非特許文献2)。ここで、金属ドープとは、金属が単体のイオンの状態でBiVO結晶の格子点又は格子間に存在する状態又は金属酸化物等の金属化合物がBiVO結晶の格子間その他の隙間に内包されている状態をいい、金属の種類としてはMoやW等が知られている。金属がドープされたs−m相BiVOは、固相法によって高温条件下で製造される。 As one of high-performance techniques for sm phase BiVO 4, a high-performance technique using metal doping is known (Non-patent Document 2). Here, the metal dope is a state where the metal is in a single ion state and exists in the lattice points or between the lattices of the BiVO 4 crystal, or a metal compound such as a metal oxide is included in the inter-lattice of the BiVO 4 crystal or other gaps. Mo, W, etc. are known as a kind of metal. The sm-phase BiVO 4 doped with metal is produced under high temperature conditions by a solid phase method.

また、粒子形状の制御もs−m相BiVOの高性能化の手法の一つとして知られている(非特許文献3)。この手法により、s−m相BiVOは、ファセットを持つ粒子形状にすることによって電荷分離を促進させ、高性能化することができる。しかしながら、該先行技術のような低温条件での合成では、s−m相BiVOに金属をドープすることは困難であることが容易に想像され、現に、高温条件で合成する固相法でしか達成されていない。 Control of the particle shape is also known as one of the techniques for improving the performance of sm phase BiVO 4 (Non-patent Document 3). By this method, the sm phase BiVO 4 can promote charge separation by making it into a particle shape having facets, and can have high performance. However, it is easily imagined that it is difficult to dope metal into the sm phase BiVO 4 in the synthesis under the low temperature condition as in the prior art. Not achieved.

佐々木康吉、外3名、「電子媒介のないZスキーム型粒子間電子移動により駆動される粉末光触媒を用いたソーラー水分解」(Solar Water Splitting Using Powdered Photocatalysts Driven by Z−Schematic Interparticle Electron Transfer without an Electron Mediator)、J. Phys. Chem. C, 2009, 113, p.17536−17542.Yasuyoshi Sasaki, 3 others, “Solar water splitting using powder photocatalyst driven by Z-scheme interparticle electron transfer without electron mediation” Mediator), J. et al. Phys. Chem. C, 2009, 113, p. 17536-17542. ウェイフェン・ヤオ(Weifeng Yao)、外2名、「BiVO4の光触媒作用におけるモリブデン置換の効果」(Effects of molybdenum substitution on the photocatalytic behavior of BiVO4)、Dalton Trans.、英国、2008, p.1426−1430.Weifeng Yao, two others, "Effects of molybdenum substitution on the photocatalytic action of BiVO4" (Effects of the molecular catalytic on the photocatalytic of BiVO4, Tr. UK, 2008, p. 1426-1430. 工藤昭彦、外2名、「室温で層状構造のバナジン酸塩から結晶形が制御された高結晶性BiVO4粉末を調製するための新規の水性処理と、その光触媒と光物性」(A Novel Aqueous Process for Preparation of Crystal Form−Controlled and Highly Crystalline BiVO4 Powder from Layered Vanadates at Room Temperature and Its Photocatalytic and Photophysical Properties)、J. AM. Chem. Soc., 1999, 121, p.11459−11467.Akihiko Kudo and two others, “A novel aqueous process for preparing highly crystalline BiVO4 powder with controlled crystal form from vanadate having a layered structure at room temperature, its photocatalyst and photophysical properties” (A Novel Aqueous Process) for Preparation of Crystal Form-Controlled and Highly Crystalline BiVO4 Powder from Layered Vanadates at Rome Tempered and Its Photocatalyst. AM. Chem. Soc. , 1999, 121, p. 11459-11467.

しかし、固相法は粒子形状を制御するには不向きな合成法であるため、不定形な形状の粒子が生成し、s−m相BiVOに金属をドープした場合にはファセットを有する高結晶性粒子は生成しない。以上のように、従来よりも緩和された合成条件で金属をドープしたs−m相BiVOの例は未だ無く、更に、ファセットを有する粒子を含む金属をドープしたs−m相BiVOの例も未だ無い。このように、光触媒として十分な性能を持つ金属ドープs−m相BiVOの完成には至っていない。 However, since the solid-phase method is a synthesis method that is unsuitable for controlling the particle shape, particles having an irregular shape are generated, and when the sm phase BiVO 4 is doped with metal, a high crystal having a facet is formed. Sex particles are not generated. As described above, examples of s-m-phase BiVO 4 metal-doped with than conventional eased synthesis conditions yet without further example of s-m-phase BiVO 4 doped with metal comprising particles having a faceted There is not yet. Thus, the metal doped sm phase BiVO 4 having sufficient performance as a photocatalyst has not been completed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、金属がドープされたBiVO、および、その製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide BiVO 4 doped with a metal and a method for producing the same.

本発明は、金属がドープされたBiVO、および、その製造方法に関するものである。つまり、従来のBiVO構造を有する光触媒よりも高い活性を示すと考えられる光触媒に関する。
本発明者らは、液固相法をベースとして製造条件を種々検討した結果、困難とされていた、粒子のモルフォロジー制御も可能な金属ドープBiVOの製造方法の開発に成功した。この製造方法により、ファセットを有する粒子を含み、かつ、金属がドープされたs−m相BiVOをも開発するに至った。
The present invention relates to BiVO 4 doped with a metal and a method for producing the same. That is, the present invention relates to a photocatalyst considered to exhibit higher activity than a photocatalyst having a conventional BiVO 4 structure.
As a result of various investigations of production conditions based on the liquid-solid phase method, the present inventors have succeeded in developing a method for producing metal-doped BiVO 4 that can be controlled in particle morphology. This production method has led to the development of sm phase BiVO 4 containing particles having facets and doped with metal.

すなわち、本発明には以下の事項が含まれる。   That is, the present invention includes the following matters.

[1] 周期律表の第2族〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属(X)をドープしたバナジン酸塩をビスマスイオンと接触させるビスマス化工程を含む、金属(X)ドープバナジン酸ビスマスの製造方法。
[2] 上記金属(X)のドープ量が、バナジウム(V)と上記金属(X)のモル数の和に対する上記金属(X)のモル数の比{X/(V+X)}として0.01〜1.0mol%である[1]に記載の製造方法。
[2] 上記ビスマスイオンは、上記ビスマスイオンの供給源を含む液体又は雰囲気に存在する[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4] 更に、金属(X)ドープバナジン酸ビスマスを、ファセットを有する粒子形状が壊れない温度範囲で、アニール処理するアニール工程を含む[1]〜[3]のいずれか1項に記載の製造方法。
[5] 上記金属(X)ドープバナジン酸ビスマスは、金属(X)ドープシーライト構造モノクリニック相バナジン酸ビスマスである[1]〜[4]のいずれか1項に記載の製造方法。
[6] 上記金属(X)がモリブデン又はタングステンから選ばれる1種以上の元素である[1]〜[5]のいずれか1項に記載の製造方法。
[1] A metal (X containing a bismuth-forming step in which a vanadate doped with one or more metals (X) selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table is brought into contact with bismuth ions. ) Method for producing doped bismuth vanadate.
[2] The doping amount of the metal (X) is 0.01 as the ratio {X / (V + X)} of the number of moles of the metal (X) to the sum of the number of moles of vanadium (V) and the metal (X). The manufacturing method as described in [1] which is -1.0 mol%.
[2] The production method according to [1] or [2], wherein the bismuth ions are present in a liquid or an atmosphere including the bismuth ion supply source.
[4] The production according to any one of [1] to [3], further including an annealing step of annealing the metal (X) -doped bismuth vanadate in a temperature range in which the shape of the facet-containing particles is not broken. Method.
[5] The manufacturing method according to any one of [1] to [4], wherein the metal (X) -doped bismuth vanadate is a metal (X) -doped sealite structure monoclinic phase bismuth vanadate.
[6] The manufacturing method according to any one of [1] to [5], wherein the metal (X) is one or more elements selected from molybdenum or tungsten.

[7] 周期律表の第2族〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属(X)がドープされており、ファセットを有する粒子を含む金属(X)ドープバナジン酸ビスマス。
[8] 光触媒機能を有する[7]に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマス。
[9] 上記金属(X)がモリブデン又はタングステンから選ばれる1種以上の元素である[7]又は[8]に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマス。
[7] Metal (X) -doped bismuth vanadate, which is doped with one or more metals (X) selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table and includes particles having facets.
[8] The metal (X) -doped bismuth vanadate according to [7], which has a photocatalytic function.
[9] The metal (X) -doped bismuth vanadate according to [7] or [8], wherein the metal (X) is one or more elements selected from molybdenum or tungsten.

[10] [7]〜[9]のいずれか1項に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマスを含有する光触媒。
[11] [7]〜[9]のいずれか1項に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマスを含有する光電極。
[10] A photocatalyst containing the metal (X) -doped bismuth vanadate according to any one of [7] to [9].
[11] A photoelectrode containing the metal (X) -doped bismuth vanadate according to any one of [7] to [9].

本発明によれば、従来得られていた金属ドープs−m相BiVOおよび金属未ドープs−m相BiVOに比べて、光触媒活性が高い金属ドープBiVOを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a metal-doped BiVO 4 having a higher photocatalytic activity than the conventionally obtained metal-doped sm phase BiVO 4 and metal undoped sm phase BiVO 4 .

試験例1〜4で得られたK14のXRD測定チャートである。Is an XRD measurement chart of K 3 V 5 O 14 obtained in Test Example 1-4. 試験例1〜4および比較例1で得られたs−m相BiVOのXRD測定チャートである。 4 is an XRD measurement chart of sm phase BiVO 4 obtained in Test Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. FIG. 試験例1〜4および比較例1で得られたs−m相BiVOの電子顕微鏡像である。 2 is an electron microscope image of sm phase BiVO 4 obtained in Test Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. FIG. 試験例5〜8で得られたK14のXRD測定チャートである。Is an XRD measurement chart of K 3 V 5 O 14 obtained in Test Example 5-8. 試験例5〜8および比較例2で得られたs−m相BiVOのXRD測定チャートである。7 is an XRD measurement chart of sm phase BiVO 4 obtained in Test Examples 5 to 8 and Comparative Example 2. 試験例5〜8および比較例2で得られたs−m相BiVOの電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of sm phase BiVO 4 obtained in Test Examples 5 to 8 and Comparative Example 2.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の金属(X)ドープBiVOの製造方法は、周期律表の第2族〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属(X)をドープしたバナジン酸塩をビスマスイオンと接触させるビスマス化工程を含む。
本発明の上記製造方法の特徴は、周期律表の第2族〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属(X)をバナジン酸塩に予めドープし、更にビスマスイオンと接触させることにある。金属(X)をバナジン酸塩に予めドープすることにより、金属(X)ドープバナジン酸塩を安定化することができる。また、本発明の製造方法により、得られる金属(X)ドープBiVOの粒子形状を制御することもできる。本発明により、初めて、ファセットを有する粒子を含み、かつ、金属(X)がドープされたBiVOを得ることもできる。
The method for producing metal (X) -doped BiVO 4 according to the present invention comprises a vanadate salt doped with one or more metals (X) selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table. A bismuth-forming step to be brought into contact with.
The above-mentioned production method of the present invention is characterized in that one or more metals (X) selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table are pre-doped into vanadate and further contacted with bismuth ions. There is to make it. By pre-doping the metal (X) into the vanadate, the metal (X) -doped vanadate can be stabilized. Moreover, the particle shape of the obtained metal (X) -doped BiVO 4 can also be controlled by the production method of the present invention. According to the present invention, BiVO 4 containing particles having facets and doped with metal (X) can be obtained for the first time.

[金属(X)]
BiVOにドープする金属(X)は、周期律表の第2〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属元素であり、かかる金属(X)としては、例えば、アルカリ土類金属元素、希土類元素(ランタノイド)であってもよいが、Ti、Zr、Hf等の周期律表の第4族;Nb、Ta等の周期律表の第5族;およびMo、W、Cr等の周期律表の第6族;からそれぞれ選ばれる1種以上の元素が好ましく、周期律表の第5〜第6族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属元素がより好ましく、周期律表の第6族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属元素が更に好ましく、BiVOの電気伝導率を高めることができる点で、Mo、Wが最も好ましい。
BiVOにドープする金属(X)の仕込み量としては、特に限定されないが、バナジウム(V)と金属(X)のモル数の和に対する金属(X)のモル数の比{X/(V+X)}として0.01〜1.0mol%が好ましく、0.01〜0.5mol%がより好ましく、0.01〜0.45mol%が更に好ましく、0.02〜0.4mol%が更により好ましく、0.02〜0.3mol%が最も好ましい。
[Metal (X)]
The metal (X) doped into BiVO 4 is one or more metal elements selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table. Examples of the metal (X) include alkaline earths. Metal elements and rare earth elements (lanthanoids) may be used, but group 4 of the periodic table such as Ti, Zr, Hf, etc .; group 5 of the periodic table such as Nb, Ta; and Mo, W, Cr, etc. One or more elements selected from Group 6 of the periodic table are preferable, one or more metal elements selected from the elements included in Groups 5 to 6 of the periodic table are more preferable, and Periodic Table One or more metal elements selected from elements included in Group 6 of the table are more preferable, and Mo and W are most preferable in that the electrical conductivity of BiVO 4 can be increased.
The amount of metal (X) doped into BiVO 4 is not particularly limited, but the ratio of the number of moles of metal (X) to the sum of the number of moles of vanadium (V) and metal (X) {X / (V + X) } Is preferably 0.01 to 1.0 mol%, more preferably 0.01 to 0.5 mol%, still more preferably 0.01 to 0.45 mol%, still more preferably 0.02 to 0.4 mol%, 0.02-0.3 mol% is most preferable.

金属(X)の原料としては、金属(X)の供給源となるものであれば特に限定されず、例えば、金属(X)の酸化物;水酸化物;塩化物;炭酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩等の塩;等が挙げられ、金属(X)の酸化物、水酸化物が好ましい。   The raw material of the metal (X) is not particularly limited as long as it is a source of the metal (X). For example, the oxide of the metal (X); hydroxide; chloride; carbonate, nitrate, ammonium Salts such as salts; and the like, and metal (X) oxides and hydroxides are preferred.

[金属(X)をドープしたバナジン酸塩]
本発明において、金属(X)をドープしたバナジン酸塩を合成するために用いるバナジン酸塩については、金属(X)をドープすることが可能な一般的なバナジン酸塩が適用可能である。バナジン酸塩としては、例えば、V14 3−、V 1−、V11 2−等の各種バナジン酸イオンを含む塩等が挙げられ、具体的には、K14、KV、CsV、Cs11等が挙げられる。
バナジン酸塩の原料としては、バナジウムの供給源となるものであれば特に限定されず、例えば、バナジウムの酸化物;水酸化物;塩化物;炭酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩等の塩;等が挙げられ、バナジウムの酸化物が好ましく、五酸化バナジウムがより好ましい。
金属(X)をドープしたバナジン酸塩としては、上述のバナジン酸塩に金属(X)がドープされたものであれば特に限定されないが、ビスマスイオンと反応しやすい層状構造を有するK14又はKVに金属(X)をドープしたものが好ましく、K14に金属(X)をドープしたものがより好ましい。
[Vanadate doped with metal (X)]
In the present invention, as a vanadate used for synthesizing a vanadate doped with metal (X), a general vanadate capable of doping metal (X) is applicable. Examples of the vanadate include salts containing various vanadate ions such as V 5 O 14 3− , V 3 O 8 1− , V 4 O 11 2− , and specifically, K 3 V 5 O 14 , KV 3 O 8 , CsV 3 O 8 , Cs 2 V 4 O 11 and the like.
The raw material of vanadate is not particularly limited as long as it is a source of vanadium, and examples thereof include vanadium oxides; hydroxides; chlorides; carbonates, nitrates, ammonium salts and the like; An oxide of vanadium is preferable, and vanadium pentoxide is more preferable.
The vanadate doped with metal (X) is not particularly limited as long as the metal vanadate is doped with metal (X), but K 3 V 5 having a layered structure that easily reacts with bismuth ions. O 14 or preferably those KV 3 doped O 8 metal (X), is more preferable doped with metal (X) to K 3 V 5 O 14.

上記金属(X)をドープしたバナジン酸塩の合成方法としては、特に限定されず、公知のあらゆる方法が適用できる。例えば、金属(X)をドープしたK14を固相法で合成する場合についての具体例を以下に示す。
カリウム、バナジウム、および金属(X)の各原料を混合し、焼成により固相反応を起こさせ金属(X)をドープしたK14を得る。カリウムおよびバナジウムの各原料としては、特に限定されず、カリウム又はバナジウムの酸化物;水酸化物;塩化物;炭酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩等の塩;等が挙げられ、炭酸カリウム等のカリウム塩と五酸化バナジウム等のバナジウム酸化物が好ましい。金属(X)の原料としては、特に限定されず、金属(X)の酸化物;水酸化物;塩化物;炭酸塩、硝酸塩、アンモニウム塩等の塩;等が挙げられ、金属(X)の酸化物、水酸化物が好ましく、金属(X)の酸化物がより好ましい。カリウム、バナジウム、および金属(X)の量としては、特に限定されないが、バナジウム(V)と金属(X)のモル数の和に対するカリウム(K)の仕込み量のモル数の比{K/(V+X)}として、K/(V+X)=0.600〜0.660(mol/mol)が好ましく、0.600〜0.618(mol/mol)がより好ましい。焼成温度は300〜600℃が好ましく、400〜500℃がより好ましい。焼成時間は1〜20時間が好ましく、3〜10時間がより好ましく、5〜10時間が更に好ましい。
The method for synthesizing the vanadate doped with the metal (X) is not particularly limited, and any known method can be applied. For example, a specific example of the case where K 3 V 5 O 14 doped with metal (X) is synthesized by a solid phase method is shown below.
Each raw material of potassium, vanadium, and metal (X) is mixed, and a solid phase reaction is caused by firing to obtain K 3 V 5 O 14 doped with metal (X). The raw materials for potassium and vanadium are not particularly limited, and include potassium or vanadium oxides; hydroxides; chlorides; carbonates, nitrates, ammonium salts, and the like; and potassium salts such as potassium carbonate. Vanadium oxides such as vanadium pentoxide are preferred. The raw material of the metal (X) is not particularly limited, and examples thereof include metal (X) oxides; hydroxides; chlorides; carbonates, nitrates, ammonium salts and the like; Oxides and hydroxides are preferred, and oxides of metal (X) are more preferred. The amount of potassium, vanadium, and metal (X) is not particularly limited, but the ratio of the number of moles of potassium (K) charged to the sum of the moles of vanadium (V) and metal (X) {K / ( V / X)} is preferably K / (V + X) = 0.600 to 0.660 (mol / mol), more preferably 0.600 to 0.618 (mol / mol). The firing temperature is preferably 300 to 600 ° C, more preferably 400 to 500 ° C. The firing time is preferably 1 to 20 hours, more preferably 3 to 10 hours, and even more preferably 5 to 10 hours.

[金属(X)ドープBiVO
金属ドープBiVOは、金属(X)をドープしたバナジン酸塩を、ビスマスイオンと接触させる工程(本明細書および特許請求の範囲において、「ビスマス化工程」ということがある。)を含む方法により合成する。
上記の工程において、ビスマスイオンは、ビスマスイオンを含む液体又は雰囲気に存在するものであることが好ましく、具体的には、ビスマスイオンの供給源を含む液体又は雰囲気に存在するものであってよく、従って、これらの液体又は雰囲気を、金属(X)をドープしたバナジン酸塩と接触させることができる。本明細書において、金属(X)をドープしたバナジン酸塩を固相として用い、該固相を、ビスマスイオンを含む液体又は雰囲気と接触させる方法を「液固相法」ということがある。
[Metal (X) doped BiVO 4 ]
Metal-doped BiVO 4 is obtained by a method including a step of contacting vanadate doped with metal (X) with bismuth ions (sometimes referred to as “bismuthization step” in the present specification and claims). Synthesize.
In the above step, the bismuth ions are preferably present in a liquid or atmosphere containing bismuth ions, specifically, may be present in a liquid or atmosphere containing a supply source of bismuth ions, Therefore, these liquids or atmospheres can be brought into contact with the vanadate doped with metal (X). In this specification, a method in which a vanadate salt doped with metal (X) is used as a solid phase and the solid phase is brought into contact with a liquid or atmosphere containing bismuth ions may be referred to as a “liquid solid phase method”.

ビスマスイオンの供給源を含む液体としては、例えば、ビスマスイオンの供給源を含む溶液の場合、ビスマスの供給源を溶媒に溶かすことにより調製することができる。溶媒としては、使用するビスマスの供給源が可溶な溶媒であれば特に限定されず、例えば、水、あらゆる有機溶媒、水と有機溶媒との混合溶媒等を使用することができ、また、pH調整のために硝酸、塩酸、硫酸等の酸を含んでいてもよい。好ましい溶媒としては、実用化の観点からは中性の水が挙げられる。   For example, in the case of a solution containing a bismuth ion source, the liquid containing the bismuth ion source can be prepared by dissolving the bismuth source in a solvent. The solvent is not particularly limited as long as the source of bismuth to be used is a soluble solvent. For example, water, any organic solvent, a mixed solvent of water and an organic solvent, and the like can be used. For adjustment, an acid such as nitric acid, hydrochloric acid or sulfuric acid may be contained. A preferable solvent is neutral water from the viewpoint of practical use.

ビスマスイオンの供給源を含む液体としては、また、ビスマスイオンの供給源を含む懸濁液であってもよく、ビスマスの供給源を溶媒に分散することにより調製することができる。
ビスマスイオンの供給源を含む雰囲気としては、例えば、ビスマスイオンの供給源を含む液体をその沸点以上の温度におくことにより調製することができる。
The liquid containing the bismuth ion source may also be a suspension containing the bismuth ion source, and can be prepared by dispersing the bismuth source in a solvent.
The atmosphere containing the bismuth ion supply source can be prepared, for example, by placing the liquid containing the bismuth ion supply source at a temperature equal to or higher than its boiling point.

上記ビスマスイオンの供給源としては公知のビスマス化合物又はビスマス単体を用いることができ、ビスマス化合物としては、例えば、硝酸ビスマス、塩化ビスマス、オキシ炭酸ビスマス、オキシ塩化ビスマス、水酸化ビスマス等のビスマス塩;三酸化ビスマス等のビスマス酸化物;等が挙げられ、ビスマス塩が好ましく、硝酸ビスマスがより好ましい。
金属(X)をドープしたバナジン酸塩と接触させるビスマスイオンの量としては、特に限定されないが、バナジウム(V)と金属(X)のモル数の和に対するビスマス(Bi)のモル数の比{Bi/(V+X)}として0.9〜1.0(mol/mol)の範囲であることが好ましく、0.95〜1.0(mol/mol)の範囲であることがより好ましい。
As the bismuth ion supply source, a known bismuth compound or bismuth simple substance can be used. Examples of the bismuth compound include bismuth salts such as bismuth nitrate, bismuth chloride, bismuth oxycarbonate, bismuth oxychloride, and bismuth hydroxide; Bismuth oxides such as bismuth trioxide; and the like, bismuth salts are preferred, and bismuth nitrate is more preferred.
The amount of bismuth ions brought into contact with the metal (X) -doped vanadate is not particularly limited, but the ratio of the number of moles of bismuth (Bi) to the sum of the moles of vanadium (V) and metal (X) { Bi / (V + X)} is preferably in the range of 0.9 to 1.0 (mol / mol), more preferably in the range of 0.95 to 1.0 (mol / mol).

金属(X)をドープしたバナジン酸塩を、ビスマスイオンと接触させる条件としては、特に限定されないが、好ましい実施温度や実施形態は使用する溶媒の種類によって異なる。例えば水の場合、100℃以下の温度では特に実施の態様に制限は無いが、沸点を超える100℃以上の温度では耐圧容器を使っての水熱処理とすることが好ましい。水を溶媒とする場合について、実施する温度は5〜200℃の範囲であることが好ましく、5〜100℃の範囲がより好ましく、40〜80℃の範囲が更に好ましく、40〜70℃の範囲が更に好ましい。水を溶媒とする場合について、接触させる時間としては、特に限定されないが、3〜500時間が好ましく、3〜100時間がより好ましい。また、接触させる際に、液体全体を攪拌子や攪拌羽を用いて攪拌しながら実施しても良いものとする。撹拌子を用いる場合について、回転速度としては、特に限定されないが、1〜3000rpmの範囲が好ましく、1000〜2000rpmの範囲がより好ましい。   The conditions for bringing the vanadate doped with metal (X) into contact with bismuth ions are not particularly limited, but the preferred implementation temperature and embodiment differ depending on the type of solvent used. For example, in the case of water, the embodiment is not particularly limited at a temperature of 100 ° C. or lower, but hydrothermal treatment using a pressure vessel is preferable at a temperature of 100 ° C. or higher exceeding the boiling point. When water is used as a solvent, the temperature to be carried out is preferably in the range of 5 to 200 ° C, more preferably in the range of 5 to 100 ° C, still more preferably in the range of 40 to 80 ° C, and in the range of 40 to 70 ° C. Is more preferable. When water is used as a solvent, the contact time is not particularly limited, but is preferably 3 to 500 hours, and more preferably 3 to 100 hours. Moreover, when making it contact, you may implement, stirring the whole liquid using a stirring element or a stirring blade. About the case where a stirrer is used, it is although it does not specifically limit as a rotational speed, The range of 1-3000 rpm is preferable and the range of 1000-2000 rpm is more preferable.

金属(X)をドープしたバナジン酸塩をビスマスイオンと接触させる際に、液体又は雰囲気中の酸素が供給されることとなってもよく、その場合、例えば、バナジン酸イオンに酸素が供給されることがある。
金属(X)をドープしたバナジン酸塩としては、特に限定されないが、解砕してビスマスイオンと接触することが好ましい。
When the vanadate doped with metal (X) is brought into contact with bismuth ions, oxygen in the liquid or atmosphere may be supplied, in which case, for example, oxygen is supplied to the vanadate ions. Sometimes.
Although it does not specifically limit as vanadate salt which doped metal (X), It is preferable to grind | pulverize and to contact with bismuth ion.

上記液固相法において、金属(X)ドープBiVOは、液体又は雰囲気中に溶出されたビスマスイオンがバナジン酸塩の塩基(カリウムイオン等)とイオン交換することによって合成される。従って、イオン交換をよりスムーズに進行させることができる層状のバナジン酸塩が好ましい。とはいえ、電荷やイオン半径の違いから、層状バナジン酸塩の層間にモリブデンやタングステン等のイオンを入れることは通常困難である。一方、層状バナジン酸塩のカリウム等は液体又は雰囲気中で容易にイオン交換されてしまうが、バナジン酸イオンは液体又は雰囲気中でも安定に存在する。本発明は、この特性を生かして、バナジン酸塩に予め金属(X)をドープすることにより、金属(X)ドープBiVOの合成を可能にしたものであり、例えば、層状バナジン酸塩のバナジウムサイトに予めモリブデンをドープすることによりモリブデンドープBiVOの合成が可能である。 In the liquid solid phase method, metal (X) -doped BiVO 4 is synthesized by ion exchange of bismuth ions eluted in a liquid or atmosphere with a base of vanadate (such as potassium ions). Therefore, a layered vanadate capable of allowing ion exchange to proceed more smoothly is preferable. Nevertheless, it is usually difficult to put ions such as molybdenum and tungsten between the layers of the layered vanadate because of the difference in charge and ion radius. On the other hand, potassium of the layered vanadate is easily ion-exchanged in a liquid or atmosphere, but vanadate ions are stably present in the liquid or atmosphere. The present invention makes it possible to synthesize a metal (X) -doped BiVO 4 by previously doping the vanadate with a metal (X) by taking advantage of this characteristic. For example, vanadium of a layered vanadate It is possible to synthesize molybdenum-doped BiVO 4 by previously doping the site with molybdenum.

金属(X)ドープBiVOは、上述の仕込み量におけるバナジウムと金属(X)のモル比と同等又は略同等となるモル比からなるものを得ることができる。即ち、金属(X)ドープBiVOに含有される、バナジウム(V)と金属(X)とのモル数の和に対する金属(X)のモル数の比{X/(V+X)}は、0.01〜1.0mol%が好ましく、0.01〜0.5mol%がより好ましく、0.01〜0.45mol%が更に好ましく、0.02〜0.4mol%が更により好ましく、0.02〜0.3mol%が最も好ましい。
金属(X)ドープBiVOに含有される、バナジウム(V)と金属(X)とのモル比及び{X/(V+X)}は、JIS K0116に規定される誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES,Inductively coupled plasma−Atomic emission spectroscopy)により定量測定することができる。本明細書においては、ICP−AES法において、溶液として濃硝酸を試料に加えて用意する試料溶液をプラズマ炎中に噴霧(ミスト)状態で注入し、バナジウムについて特定波長292.403nm、モリブデンについて特定波長167.079nmの各発光強度により、試料中の各元素量を定量して得られる値をいう。
As the metal (X) -doped BiVO 4 , it is possible to obtain a metal having a molar ratio equivalent to or substantially equivalent to the molar ratio of vanadium and metal (X) in the above-mentioned charged amount. That is, the ratio {X / (V + X)} of the number of moles of metal (X) to the sum of moles of vanadium (V) and metal (X) contained in the metal (X) -doped BiVO 4 is 0. 01-1.0 mol% is preferable, 0.01-0.5 mol% is more preferable, 0.01-0.45 mol% is still more preferable, 0.02-0.4 mol% is still more preferable, 0.02- 0.3 mol% is most preferable.
The molar ratio of vanadium (V) to metal (X) and {X / (V + X)} contained in the metal (X) -doped BiVO 4 are inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP) defined in JIS K0116. -AES, Inductively coupled plasma (Atomic emission spectroscopy) can be quantitatively measured. In this specification, in the ICP-AES method, a sample solution prepared by adding concentrated nitric acid to a sample as a solution is injected into a plasma flame in a mist state, specified for vanadium with a specific wavelength of 292.403 nm, and specified for molybdenum A value obtained by quantifying the amount of each element in a sample from each emission intensity at a wavelength of 167.079 nm.

[金属(X)ドープBiVOの構造]
本発明により製造される金属(X)ドープBiVOとしては、特に限定されず、金属(X)ドープs−m相BiVO以外の金属(X)ドープBiVOを製造することもできるが、太陽エネルギーを広い波長範囲で利用しやすい点で、金属(X)ドープs−m相BiVOが好ましい。金属(X)ドープs−m相BiVOとしては、金属未ドープのs−m相BiVOと同等の結晶構造を持ち、XRD測定により判断することができる。BiVOには複数の結晶構造と結晶相が存在するが、その中でも一般的に可視光を吸収して高い光触媒活性を示すのはシーライト構造モノクリニック相(s−m相)である。s−m相に特徴的な回折線は、2θ=15°近傍と、2θ=28°近傍と、2θ=31°近傍に観測される。ここでいう近傍とは、±0.5°をいう。
[Structure of metal (X) -doped BiVO 4 ]
The metal (X) doped BiVO 4 produced by the present invention is not particularly limited, metal (X) can also be prepared dope s-m-phase BiVO 4 other than metal (X) doped BiVO 4, Solar Metal (X) -doped sm phase BiVO 4 is preferable in that energy can be easily used in a wide wavelength range. As the metal (X) doped s-m phase BiVO 4 has a s-m-phase BiVO 4 equivalent of the crystal structure of the metal undoped, it can be determined by XRD measurements. BiVO 4 has a plurality of crystal structures and crystal phases. Among them, a celite-structure monoclinic phase (sm phase) generally absorbs visible light and exhibits high photocatalytic activity. Diffraction lines characteristic of the sm phase are observed in the vicinity of 2θ = 15 °, 2θ = 28 °, and 2θ = 31 °. The vicinity here means ± 0.5 °.

本明細書において、「金属(X)ドープBiVO」とは、金属(X)がドープされたBiVOを意味し、「s−m相」等と明記する場合を除いて、s−m相以外のBiVOを含むものであってもよい。s−m相以外にはジルコン構造テトラゴナル相等がある。s−m相以外のBiVOの含有量は、s−m相BiVOのXRDピークの面積と、s−m相以外のBiVOのXRDピークの面積との和に占める、後者のs−m相以外のBiVOのXRDピークの面積の割合として算出される値として、30%以下が好ましく、10%以下がより好ましい。 In this specification, “metal (X) -doped BiVO 4 ” means BiVO 4 doped with metal (X), and unless otherwise specified as “sm phase” or the like, the sm phase BiVO 4 other than those may be included. In addition to the sm phase, there are zircon tetragonal phases and the like. The content of s-m other than phase BiVO 4 is, s-m and the area of the XRD peaks of the phase BiVO 4, occupying the sum of the areas of the XRD peaks of the s-m other than phase BiVO 4, the latter s-m The value calculated as the ratio of the area of the XRD peak of BiVO 4 other than the phase is preferably 30% or less, and more preferably 10% or less.

製造される金属(X)ドープs−m相BiVOの粒子形状は走査型電子顕微鏡(SEM)等の電子顕微鏡で確認することができ、電子顕微鏡像の目視によりファセットを有する粒子を確認することができる。 The particle shape of the manufactured metal (X) -doped sm phase BiVO 4 can be confirmed with an electron microscope such as a scanning electron microscope (SEM), and the particles having facets are confirmed by visual observation of an electron microscope image. Can do.

ファセットとは、単結晶表面のように、ある程度の広さの結晶面が露出している粒子上の該結晶面を意味する。本発明におけるファセットを有する粒子とは、該粒子を電子顕微鏡像で目視した場合に、粒子1つあたりについて平面視される表面の面積の20%以上の領域がファセットで占められている粒子であって、粒子径が100nm以上の単結晶様の粒子のことである(本明細書において、「ファセット粒子」ということがある。)。本明細書において、電子顕微鏡像で目視した場合に、粒子1つあたりについて平面視される表面の面積のうちファセットが占める領域の面積の割合を「ファセット占有率」ということがある。
上記の粒子表面のファセット占有率は、好ましくは50%以上である。
The facet means a crystal face on a particle where a crystal face of a certain extent is exposed like a single crystal surface. The particles having facets in the present invention are particles in which a region of 20% or more of the surface area of each particle viewed in plan is occupied by facets when the particles are viewed with an electron microscope image. Thus, it is a single crystal-like particle having a particle diameter of 100 nm or more (in the present specification, sometimes referred to as “faceted particle”). In this specification, when viewed with an electron microscope image, the area ratio of the area occupied by facets out of the area of the surface viewed in plan for each particle may be referred to as “facet occupation ratio”.
The facet occupancy on the particle surface is preferably 50% or more.

本発明において、ファセットを有する粒子を含む金属(X)ドープバナジン酸ビスマスと表現する場合には、電子顕微鏡で観察した場合の視野内の粒子全体の個数の70%以上がファセットを有する粒子で占められていることを意味する。
上記視野内の粒子全体の個数に占める、ファセットを有する粒子の割合は、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上である。
In the present invention, when expressed as metal (X) -doped bismuth vanadate containing faceted particles, 70% or more of the total number of particles in the field of view when observed with an electron microscope is occupied by the particles having facets. Means that
The ratio of the particles having facets to the total number of particles in the field of view is preferably 80% or more, more preferably 90% or more.

本発明の金属(X)ドープバナジン酸ビスマスに含まれる粒子が有するファセットとしてはどのような結晶面であっても構わないが、好ましい結晶面としては、酸化反応場となる(011)面と(110)面が挙げられる。光触媒反応は光触媒粒子上で酸化反応と還元反応が同時に進行するため、酸化反応場に加えて、還元反応場となる(010)面がバランス良く粒子表面に露出していることがより好ましい。   The facets included in the particles contained in the metal (X) -doped bismuth vanadate of the present invention may have any crystal plane, but preferred crystal planes include (011) plane that serves as an oxidation reaction field, and ( 110) plane. In the photocatalytic reaction, since the oxidation reaction and the reduction reaction proceed simultaneously on the photocatalyst particles, it is more preferable that the (010) plane serving as the reduction reaction field is exposed on the particle surface in a well-balanced manner in addition to the oxidation reaction field.

[アニール処理]
金属(X)をドープしたバナジン酸塩を、ビスマスイオンと接触させることで得られた金属(X)ドープBiVOについて、ファセットを有する粒子形状が壊れない温度範囲であれば、アニール処理を施しても良い。アニール温度は100〜550℃の範囲が好ましく、400〜500℃の範囲がより好ましい。かかるアニール処理を施すことにより、金属(X)ドープBiVOの結晶が成長する傾向にあり、結晶性を向上することができる。
[Annealing treatment]
For metal (X) -doped BiVO 4 obtained by bringing vanadate doped with metal (X) into contact with bismuth ions, annealing treatment is performed if the particle shape having facets is not broken. Also good. The annealing temperature is preferably in the range of 100 to 550 ° C, more preferably in the range of 400 to 500 ° C. By performing the annealing treatment, the metal (X) -doped BiVO 4 crystal tends to grow, and the crystallinity can be improved.

[光触媒機能]
本発明において製造された金属(X)ドープBiVOは、光触媒機能を有し、特に250〜520nmの太陽エネルギーに対して優れた光触媒機能を有する。
本明細書において、「光触媒機能」とは、250〜520nmの光を照射する場合に何らかの触媒機能を発揮することをいい、例えば、後述の実施例における光触媒活性の評価方法に従って、評価することができる。本明細書において、「光触媒機能」を「光触媒活性」ともいうことがある。
[Photocatalytic function]
The metal (X) -doped BiVO 4 produced in the present invention has a photocatalytic function, and particularly has an excellent photocatalytic function for solar energy of 250 to 520 nm.
In the present specification, the “photocatalytic function” refers to exhibiting some catalytic function when irradiated with light of 250 to 520 nm. For example, evaluation can be performed according to the evaluation method of photocatalytic activity in Examples described later. it can. In the present specification, “photocatalytic function” is sometimes referred to as “photocatalytic activity”.

製造された金属(X)ドープBiVOを光触媒として用いる場合の実施形態には特に制限は無く、白金、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、金、銀、銅、酸化銅、酸化鉄、水酸化酸化鉄、ニッケル、酸化ニッケル、酸化ガリウム、コバルト、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化コバルト−酸化マンガン固溶体等を担持して利用することもできる。 The embodiment of the case of using as manufactured metal (X) doped BiVO 4 photocatalyst is not particularly limited, platinum, Ruthenium, ruthenium oxide, iridium, iridium oxide, gold, silver and copper, copper oxide, iron oxide, water Iron oxide, nickel, nickel oxide, gallium oxide, cobalt, cobalt oxide, manganese oxide, cobalt oxide-manganese oxide solid solution, etc. can be supported and used.

製造された金属(X)ドープBiVOは、導電性基板の上に堆積させることにより光電極として用いることもでき、その実施形態としては、特に限定されない。この場合、金属(X)ドープBiVOを単独で用いてもよいが、金属(X)ドープBiVOに白金、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、金、銀、銅、酸化銅、酸化鉄、水酸化酸化鉄、ニッケル、酸化ニッケル、酸化ガリウム、コバルト、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化コバルト−酸化マンガン固溶体等を担持させて用いることもできる。 The manufactured metal (X) -doped BiVO 4 can be used as a photoelectrode by being deposited on a conductive substrate, and the embodiment is not particularly limited. In this case, the metal (X) doped BiVO 4 may be used alone, but the metal (X) doped BiVO 4 is platinum, ruthenium, ruthenium oxide, iridium, iridium oxide, gold, silver, copper, copper oxide, iron oxide. Further, iron hydroxide oxide, nickel, nickel oxide, gallium oxide, cobalt, cobalt oxide, manganese oxide, cobalt oxide-manganese oxide solid solution, and the like can be supported and used.

以下、実施例に基づいて本発明の金属(X)ドープBiVO、およびそれらの光触媒活性について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the metal of the present invention with reference to Examples (X) doped BiVO 4, and is specifically described for their photocatalytic activity, the present invention is not limited to these examples.

〔試験例1〕
K/V/Mo=3.03/4.9975/0.0025(mol比)になるように、KCO(1.0469g)とV(2.2724g)、MoO(0.0018g)、エタノール(10mL)をメノー乳鉢で30分間混合した。得られた混合物を磁性坩堝に入れて、電気炉にて大気中450℃で5時間焼成した。焼成後、室温まで放冷させた後、解砕した。
[Test Example 1]
K 2 CO 3 (1.0469 g), V 2 O 5 (2.2724 g), MoO 3 (0 so that K / V / Mo = 3.03 / 4.9975 / 0.0025 (mol ratio). .0018g) and ethanol (10 mL) were mixed in a menor mortar for 30 minutes. The obtained mixture was put in a magnetic crucible and baked in an electric furnace at 450 ° C. for 5 hours in the atmosphere. After firing, the mixture was allowed to cool to room temperature and then crushed.

得られた粉末をXRD測定した結果を図1(a)に示す。Mo種に帰属される不純物が無かったことから、MoドープK14の単一相であることを確認した。Bi/V/Mo=1.00/0.9995/0.0005(mol比)になるように、得られた粉末(2.3844g)を、100mlの水とBi(NO・5HO(9.702g)が入った300mL三角フラスコに入れて、70℃、10時間、攪拌子を用いて1500rpmで撹拌した。得られた沈殿物は吸引濾過により回収して水洗浄を行った後、60℃の乾燥機で12時間乾燥させ粉末試料を得た。
試験例1における以上のmol比は仕込み量を表す。
The result of XRD measurement of the obtained powder is shown in FIG. Since there was no impurity attributed to Mo species, it was confirmed to be a single phase of Mo-doped K 3 V 5 O 14 . The obtained powder (2.3844 g) was mixed with 100 ml of water and Bi (NO 3 ) 3 · 5H 2 so that Bi / V / Mo = 1.00 / 0.9995 / 0.0005 (mol ratio). The mixture was placed in a 300 mL Erlenmeyer flask containing O (9.702 g) and stirred at 1500 rpm using a stirrer at 70 ° C. for 10 hours. The obtained precipitate was collected by suction filtration, washed with water, and then dried with a dryer at 60 ° C. for 12 hours to obtain a powder sample.
The above molar ratio in Test Example 1 represents the amount charged.

得られた粉末試料をXRD測定した結果を図2(a)に示す。ここでも、Mo種に帰属される不純物が無かったことから、Moドープs−m相BiVOの単一相であることを確認した。XRD測定は、リガク製の粉末X線回折装置SmartLab(X線源:CuKα線)を使用し、室温にて行った。かかるXRD測定の条件は、試験例2〜8並びに比較例1および2においても同様である。
また、得られた粉末試料のSEM写真を図3(a)に示す。ファセットが明瞭にみられる粒子が観察された。
さらに、得られた粉末試料のV/Mo(mol比)を、JIS K0116に準拠したICP−AES法により測定した。結果を表1に示す。
The result of XRD measurement of the obtained powder sample is shown in FIG. Again, since there was no impurity attributed to the Mo species, it was confirmed to be a single phase of Mo-doped sm-phase BiVO 4 . The XRD measurement was performed at room temperature using a powder X-ray diffractometer SmartLab (X-ray source: CuKα ray) manufactured by Rigaku. The conditions for the XRD measurement are the same in Test Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 and 2.
Moreover, the SEM photograph of the obtained powder sample is shown in FIG. Particles with clear facets were observed.
Furthermore, V / Mo (mol ratio) of the obtained powder sample was measured by ICP-AES method based on JIS K0116. The results are shown in Table 1.

〔試験例2〜4〕
表1に示すとおりにK/V/Mo(mol比)およびBi/V/Mo(mol比)を変更した以外は、試験例1と同様にして粉末試料を得た。
ビスマスイオンと接触する前後においてXRD測定した結果を図1(b)〜(d)および図2(b)〜(d)に示し、得られた粉末試料のSEM写真を図3(b)〜(d)に示す。
さらに、得られた粉末試料のV/Mo(mol比)をJIS K0116に準拠したICP−AES法により測定した。結果を表1に示す。
[Test Examples 2 to 4]
A powder sample was obtained in the same manner as in Test Example 1 except that K / V / Mo (mol ratio) and Bi / V / Mo (mol ratio) were changed as shown in Table 1.
The results of XRD measurement before and after contacting with bismuth ions are shown in FIGS. 1 (b) to (d) and FIGS. 2 (b) to (d), and SEM photographs of the obtained powder samples are shown in FIGS. d).
Furthermore, V / Mo (mol ratio) of the obtained powder sample was measured by ICP-AES method based on JIS K0116. The results are shown in Table 1.

〔比較例1〕
仕込み量がBi/V/Mo=1.00/0.9990/0.0010(mol比)になるようにBi(2.3298g)とNHVO(1.1686g)、MoO(0.0014g)をアルミナ乳鉢で30分間混合した。得られた混合物をアルミナ坩堝に入れて電気炉にて、大気中、900℃、10時間、焼成した。焼成後、室温まで放冷し、解砕した。得られた粉末試料のXRD測定チャートを図2(e)に示す。不純物の無いMoドープs−m相BiVOの単一相であることを確認した。得られた粉末試料のSEM写真を図3(e)に示す。ファセットは無く、不定形の粒子が観察された。
試験例1〜4および比較例1の製造条件をV/Mo実測モル比とともに[表1]としてまとめて示す。
[Comparative Example 1]
Bi 2 O 3 (2.3298 g), NH 4 VO 3 (1.1686 g), and MoO 3 so that the charged amount is Bi / V / Mo = 1.00 / 0.9990 / 0.0010 (mol ratio). (0.0014 g) was mixed in an alumina mortar for 30 minutes. The obtained mixture was put in an alumina crucible and baked in an electric furnace at 900 ° C. for 10 hours in the air. After firing, the mixture was allowed to cool to room temperature and crushed. An XRD measurement chart of the obtained powder sample is shown in FIG. It was confirmed to be a single phase of Mo-doped sm-phase BiVO 4 without impurities. An SEM photograph of the obtained powder sample is shown in FIG. There were no facets and amorphous particles were observed.
The production conditions of Test Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are shown together with [V / Mo measured molar ratio] as [Table 1].

〔試験例5〕
K/V/W=3.03/4.9975/0.0025(mol比)になるように、KCO(1.0469g)とV(2.2724g)、WO(0.0058g)、エタノール(10mL)をメノー乳鉢で30分間混合した。得られた混合物を磁性坩堝に入れて、電気炉にて大気中450℃で5時間焼成した。焼成後、室温まで放冷させた後、解砕した。
[Test Example 5]
K 2 CO 3 (1.0469 g), V 2 O 5 (2.2724 g) and WO 3 (0 so that K / V / W = 3.03 / 4.9975 / 0.0025 (mol ratio). 0058 g) and ethanol (10 mL) were mixed in a menor mortar for 30 minutes. The obtained mixture was put in a magnetic crucible and baked in an electric furnace at 450 ° C. for 5 hours in the atmosphere. After firing, the mixture was allowed to cool to room temperature and then crushed.

得られた粉末をXRD測定した結果を図4(a)に示す。W種に帰属される不純物が無かったことから、WドープK14の単一相であることを確認した。Bi/V/W=1.00/0.9995/0.0005(mol比)になるように、得られた粉末(2.3844g)を、100mlの水とBi(NO・5HO(9.702g)が入った300mL三角フラスコに入れて、70℃、72時間、攪拌子を用いて1500rpmで撹拌した。得られた沈殿物は吸引濾過により回収して水洗浄を行った後、60℃の乾燥機で12時間乾燥させ粉末試料を得た。
試験例5における以上のmol比は仕込み量を表す。
The result of XRD measurement of the obtained powder is shown in FIG. Since there was no impurity attributed to the W species, it was confirmed to be a single phase of W-doped K 3 V 5 O 14 . The obtained powder (2.3844 g) was mixed with 100 ml of water and Bi (NO 3 ) 3 · 5H 2 so that Bi / V / W = 1.00 / 0.9995 / 0.0005 (mol ratio). The mixture was placed in a 300 mL Erlenmeyer flask containing O (9.702 g), and stirred at 1500 rpm using a stirrer at 70 ° C. for 72 hours. The obtained precipitate was collected by suction filtration, washed with water, and then dried with a dryer at 60 ° C. for 12 hours to obtain a powder sample.
The above molar ratio in Test Example 5 represents the amount charged.

得られた粉末試料をXRD測定した結果を図5(a)に示す。ここでも、W種に帰属される不純物が無かったことから、Wドープs−m相BiVOの単一相であることを確認した。
また、得られた粉末試料のSEM写真を図6(a)に示す。ファセットが明瞭にみられる粒子が観察された。
The result of XRD measurement of the obtained powder sample is shown in FIG. Again, since there was no impurity attributed to the W species, it was confirmed to be a single phase of W-doped sm phase BiVO 4 .
Moreover, the SEM photograph of the obtained powder sample is shown to Fig.6 (a). Particles with clear facets were observed.

〔試験例6〜8〕
表2に示すとおりにK/V/W(mol比)およびBi/V/W(mol比)を変更した以外は、試験例5と同様にして粉末試料を得た。
ビスマスイオンと接触する前後においてXRD測定した結果を図4(b)〜(d)および図5(b)〜(d)に示し、得られた粉末試料のSEM写真を図6(b)〜(d)に示す。
[Test Examples 6 to 8]
A powder sample was obtained in the same manner as in Test Example 5 except that K / V / W (mol ratio) and Bi / V / W (mol ratio) were changed as shown in Table 2.
The results of XRD measurement before and after contacting with bismuth ions are shown in FIGS. 4B to 4D and FIGS. 5B to 5D, and SEM photographs of the obtained powder samples are shown in FIGS. d).

〔比較例2〕
仕込み量がBi/V/W=1.00/0.9950/0.0050(mol比)になるようにBi(2.3298g)とNHVO(1.1636g)、WO(0.0116g)をアルミナ乳鉢で30分間混合した。得られた混合物をアルミナ坩堝に入れて電気炉にて、大気中、900℃、10時間、焼成した。焼成後、室温まで放冷し、解砕した。得られた粉末試料のXRD測定チャートを図5(e)に示す。不純物の無いWドープs−m相BiVOの単一相であることを確認した。得られた粉末試料のSEM写真を図6(e)に示す。ファセットは無く、不定形の粒子が観察された。
試験例5〜8および比較例2の製造条件を[表2]としてまとめて示す。
[Comparative Example 2]
Bi 2 O 3 (2.3298 g), NH 4 VO 3 (1.1636 g), WO 3 so that the charged amount is Bi / V / W = 1.00 / 0.9950 / 0.0050 (mol ratio). (0.0116 g) was mixed in an alumina mortar for 30 minutes. The obtained mixture was put in an alumina crucible and baked in an electric furnace at 900 ° C. for 10 hours in the air. After firing, the mixture was allowed to cool to room temperature and crushed. An XRD measurement chart of the obtained powder sample is shown in FIG. It was confirmed that it was a single phase of W-doped sm phase BiVO 4 without impurities. An SEM photograph of the obtained powder sample is shown in FIG. There were no facets and amorphous particles were observed.
The production conditions of Test Examples 5 to 8 and Comparative Example 2 are collectively shown as [Table 2].

〔光触媒活性の評価〕
光触媒活性は、疑似太陽光照射下における硝酸銀水溶液からの酸素生成反応で評価した。評価には閉鎖循環型反応装置に接続した上方照射型反応セルを用いた。試験例1〜8および比較例1、2により得られた触媒粉末0.3gを0.020mol/LのAgNO水溶液200mlに懸濁させ、マグネチックスターラーで評価中は撹拌した。Pyrex(登録商標)ガラス製の窓の上から、ソーラーシミュレーター(三永電機製作所製;XES−40S2−CE)を用いて、疑似太陽光を照射した。発生した酸素は、オンラインのガスクロマトグラフ(島津製作所製;GC−8A、MS−5A、TCD、Arキャリアー)で定量した。
[Evaluation of photocatalytic activity]
The photocatalytic activity was evaluated by oxygen generation reaction from an aqueous silver nitrate solution under simulated sunlight irradiation. For the evaluation, an upper irradiation type reaction cell connected to a closed circulation type reactor was used. 0.3 g of the catalyst powder obtained in Test Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 was suspended in 200 ml of 0.020 mol / L AgNO 3 aqueous solution and stirred during evaluation with a magnetic stirrer. Pseudo sunlight was irradiated from the top of a Pyrex (registered trademark) glass window using a solar simulator (manufactured by Mitsunaga Electric Corporation; XES-40S2-CE). The generated oxygen was quantified by an online gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation; GC-8A, MS-5A, TCD, Ar carrier).

試験例1〜8および比較例1、2で得られたs−m相BiVOの粉末試料についてMo又はWドープの有無と、ファセット粒子の量、光触媒活性の評価を実施した結果を表3に示す。
表3中、「Moドープ」又は「Wドープ」の欄の○は、Mo又はWがドープされたことを示し、×はMo又はWがドープされなかったことを示す。「ファセット粒子が70%以上あるか」の欄の○は、電子顕微鏡像を目視で確認した場合、視野内の粒子全体の個数に占めるファセット粒子の個数の割合が70%以上あることを示し、×は、該割合が70%に満たないことを示す。
Table 3 shows the results of evaluating the presence or absence of Mo or W doping, the amount of facet particles, and the photocatalytic activity of the powder samples of sm phase BiVO 4 obtained in Test Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2. Show.
In Table 3, “O” in the column of “Mo-doped” or “W-doped” indicates that Mo or W was doped, and “x” indicates that Mo or W was not doped. ○ in the column of “Which facet particles are 70% or more” indicates that the ratio of the number of facet particles to the total number of particles in the field of view is 70% or more when the electron microscope image is visually confirmed. X indicates that the ratio is less than 70%.

表3から理解されるように、固相法でMo又はWを仕込み量で0.05〜0.5%ドープしたK14を用いて液固相法で製造したMoドープ又はWドープs−m相BiVO(試験例1〜8)は、電子顕微鏡像で見られる粒子全体の70%以上がファセットを有する粒子であり、かつ、比較例1、2において予めMo又はWをバナジン酸塩にドープしない固相法で合成したMoドープ又はWドープs−m相BiVOよりも高活性であった。 As understood from Table 3, Mo dope or W manufactured by liquid solid phase method using K 3 V 5 O 14 doped with 0.05 to 0.5% of Mo or W by a charge amount by solid phase method Doped sm phase BiVO 4 (Test Examples 1 to 8) is a particle in which 70% or more of the whole particles seen in an electron microscopic image have facets, and Mo or W is preliminarily vanadized in Comparative Examples 1 and 2. It was more active than Mo-doped or W-doped sm phase BiVO 4 synthesized by a solid phase method without doping into an acid salt.

Claims (11)

周期律表の第2族〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属(X)をドープしたバナジン酸塩をビスマスイオンと接触させるビスマス化工程を含む、金属(X)ドープバナジン酸ビスマスの製造方法。   A metal (X) -doped vanadium comprising a bismuth-forming step in which a vanadate salt doped with one or more metals (X) selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table is brought into contact with bismuth ions. Method for producing bismuth acid. 前記金属(X)の仕込み量が、バナジウム(V)と前記金属(X)のモル数の和に対する前記金属(X)のモル数の比{X/(V+X)}として0.01〜1.0mol%である請求項1に記載の製造方法。   The amount of the metal (X) charged is 0.01 to 1. as the ratio {X / (V + X)} of the number of moles of the metal (X) to the sum of the number of moles of vanadium (V) and the metal (X). The production method according to claim 1, which is 0 mol%. 前記ビスマスイオンは、前記ビスマスイオンの供給源を含む液体又は雰囲気に存在する請求項1又は2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the bismuth ions are present in a liquid or an atmosphere including a supply source of the bismuth ions. 更に、金属(X)ドープバナジン酸ビスマスを、ファセットを有する粒子形状が壊れない温度範囲で、アニール処理するアニール工程を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of any one of Claims 1-3 including the annealing process which anneals a metal (X) dope bismuth vanadate in the temperature range which the particle | grain shape which has a facet does not break. 前記金属(X)ドープバナジン酸ビスマスは、金属(X)ドープシーライト構造モノクリニック相バナジン酸ビスマスである請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。   5. The method according to claim 1, wherein the metal (X) -doped bismuth vanadate is a metal (X) -doped sealite structure monoclinic phase bismuth vanadate. 前記金属(X)がモリブデン又はタングステンから選ばれる1種以上の元素である請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal (X) is one or more elements selected from molybdenum and tungsten. 周期律表の第2族〜第15族に含まれる元素から選ばれる1種以上の金属(X)がドープされており、ファセットを有する粒子を含む金属(X)ドープバナジン酸ビスマス。   Metal (X) -doped bismuth vanadate, which is doped with one or more kinds of metal (X) selected from elements included in Groups 2 to 15 of the periodic table, and includes particles having facets. 光触媒機能を有する請求項7に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマス。   The metal (X) -doped bismuth vanadate according to claim 7 having a photocatalytic function. 前記金属(X)がモリブデン又はタングステンから選ばれる1種以上の元素である請求項7又は8に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマス。   The metal (X) -doped bismuth vanadate according to claim 7 or 8, wherein the metal (X) is one or more elements selected from molybdenum or tungsten. 請求項7〜9のいずれか1項に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマスを含有する光触媒。   The photocatalyst containing the metal (X) dope bismuth vanadate of any one of Claims 7-9. 請求項7〜9のいずれか1項に記載の金属(X)ドープバナジン酸ビスマスを含有する光電極。   The photoelectrode containing the metal (X) dope bismuth vanadate of any one of Claims 7-9.
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