Identification of doped nitrogen in photocatalytic TiO

酸化チタン光触媒中にドープされた窒素原子の同定

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

Yamaguchi, Daisuke; Hasegawa, Yoshio*; Hishinuma, Yukio*; Kodama, Hiroto*; Suzuki, Masashi*; Koizumi, Satoshi*; Noda, Yohei; 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有するため、環境浄化問題への応用が期待されている。これまでにも様々な応用・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(以下ナノシートと記述)と、同じナノシートに対して窒素ドープを行った試料、および、焼成によって触媒を作製する前駆体のチタンアルコキシド溶液にエチレンジアミンを添加して架橋することによって、窒素を導入した顆粒状の試料の各々に対して、J-PARC BL-15(大観)を用いて、中性子小角散乱(SANS)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。触媒試料は多孔体構造を取っており、軽水と重水の混合水に浸漬して、TiOまたは、ドープされたNの散乱の寄与を選択的に軽減するコントラスト変調実験が構造解析を進める上で効力を発揮した。

Anion doped titanium dioxide (TiO), which is expected to exhibit an improved photo-catalytic property due to the effect of narrowing in the band gap, was investigated by small-angle neutron scattering (SANS). Among wide variety of photo-catalytic products, TiO is one of the most promising and various improvements have been done. On the functional aspect it has been confirmed that for instance, nitrogen (N) doped TiO can be activated not only by the photons of which wavelength is corresponding to ultraviolet but also by those of visible light and thereby an enhancement of the efficiency is attained. However, the difference in structure between bare TiO and N-doped TiO has not yet definitively clarified despite the considerable structural analyses by using X-ray probes. With profiting from an enhanced scattering length of N atoms to the neutron beam, an attempt to capture the distribution of N atoms in the N-doped TiO by SANS is presented here.