酸化チタンナノシートの構造と機能

Structure and property of titanium dioxide nanosheet

山口 大輔; 小泉 智; 長谷川 良雄*; 菱沼 行男*; 鈴木 将*; 児玉 弘人*; 大沼 正人*; 大場 洋次郎*

Yamaguchi, Daisuke; Koizumi, Satoshi; Hasegawa, Yoshio*; Hishinuma, Yukio*; Suzuki, Masashi*; Kodama, Hiroto*; Onuma, Masato*; Oba, Yojiro*

酸化チタン(TiO)触媒は、紫外-近紫外光を照射することにより、有機物等の汚染物質を分解する強い酸化力を発揮することから、環境浄化問題への応用が期待されている物質である。これまでにもさまざまな応用・開発研究が展開されているが、さらに用途の拡大を図るために触媒効率の向上が求められている。最近の研究ではTiO触媒に窒素(N)をドープすることにより、紫外-近紫外光のみならず可視光でも光触媒反応が活性化されることが報告されている。しかしながら、窒素ドープされたTiO触媒に含まれる窒素量は約2%以下と微量であり、広角X線回折でもTiとNの結合を示唆する回折線は観測されていない等、可視光応答をもたらす機構に関して未だ解明されていない点が存在する。本研究では新規な製法により作製されたシート状(厚さ数十数百nm)のTiO触媒(以下、TiOナノシートと記述)と、同じTiOナノシートに対して窒素ドープを行った試料を、中性子小角散乱(SANS)及びX線小角散乱(SAXS)により測定し、ナノスケールの構造に対して考察を行った結果について報告する。

The structure of nitrogen (N)-doped titanium dioxide (TiO), which exhibits an improved photo-catalytic property, was investigated by small-angle neutron (SANS) and X-ray scattering (SAXS) methods. The N-doped TiO nanosheet showed a SANS profile, of which q-dependence is nearly identical to that of undoped TiO nanosheet, however, of which intensity is three times as large as that of undoped TiO nanosheet. As for the SAXS measurements, hardly any difference was observed between undoped TiO nanosheet and N-doped one. For N-doped nanosheet, a core-shell structure where TiO particles locate at the center and N atoms surround the surface of TiO particles was deduced from the analysis of those obtained SANS and SAXS profiles by taking account of the difference in scattering contrast between neutron and X-ray for each component, i.e., Ti, O, and N atoms.