Structure and property of N-doped titanium dioxide catalyst

窒素ドープ酸化チタン光触媒の構造と物性

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*

窒素ドープされた酸化チタン触媒に含まれる窒素量は約0.2パーセント以下と微量であり、広角X線回折でもTi(チタン原子)とN(窒素原子)の結合を示唆する回折線は観測されていないなど、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)の酸化チタン触媒(以下酸化チタンナノシートと記述)と、同じ酸化チタン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。SANSのプロファイルでは、波数(q)領域が1(nm)以上の高波数側において純粋な酸化チタンナノシートと窒素ドープを行った酸化チタンナノシートの間で両者のq依存性に差が見られるのに対してSAXSでは、ほとんど差が見られない。このことから、ドープされたN原子が表面に局在していることが示唆される。

From the combined SANS and SAXS profiles, both of the neat and N-doped TiO catalyst was characterized to have a sheet-like shape with thickness of several tens to hundreds of nm and to be composed of sub-unit TiO particles of several nm. On the SANS profile, the N-doped TiO catalyst showed a q-dependence nearly identical to that of neat TiO catalyst, however, of which intensity is three times as large as that of neat TiO catalyst. On the other hand, by SAXS measurement, hardly any difference was observed between neat TiO catalyst and N-doped one. The analysis of those obtained SANS and SAXS profiles suggests that the localization of doped N atoms at the surface of TiO particles and hence TiO-core/N-shell structure can be inferred for the N-doped TiO material.