(57)【要約】      （修正有）【課題】線状多孔質二酸化チタン材料、及びその調製方法を提供する。【解決手段】アナターゼ相構造であり、且つ、単結晶構造である線状多孔質二酸化チタン材料であって、当該線状多孔質二酸化チタン材料の構造は、配向成長方向を有する複数の粒子からなる。当該成長方向は、好ましくは＜０１０＞配向である。当該材料の調製方法は、リチウム化合物を含む過酸化物水溶液にチタン源を分散させて攪拌し、溶液を形成するステップと、前記溶液を加熱反応させて線状構造の過酸化チタン酸リチウムを得るステップと、前記過酸化チタン酸リチウムを低温アニール処理して線状構造のチタン酸リチウムを得るステップと、前記チタン酸リチウムを酸溶液に分散させて水素イオン交換を経て、線状構造のチタン酸を得るステップと、前記チタン酸を熱処理して線状多孔質二酸化チタン材料を得るステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナターゼ相構造であり、且つ、単結晶構造である線状多孔質二酸化チタン材料であって、
前記線状多孔質二酸化チタン材料の構造は、配向成長方向を有する複数の粒子からなり、前記成長方向は、好ましくは＜０１０＞配向であることを特徴とする線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項２】
前記線状多孔質二酸化チタン材料は、矩形柱構造または複数の矩形柱構造であり、平坦で互いに垂直な側面を有することを特徴とする請求項１に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項３】
前記線状多孔質二酸化チタン材料の側面は、高活性のアナターゼ相｛１００｝及び｛００１｝結晶面であることを特徴とする請求項１に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項４】
前記線状多孔質二酸化チタン材料は、線状構造の直径が２０ｎｍ〜５μｍ、長さが１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項５】
前記線状多孔質二酸化チタン材料は、線状構造の直径が１００〜１０００ｎｍ、長さが５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項６】
前記線状多孔質二酸化チタン材料の線状多孔質構造において、孔のサイズは２〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項７】
孔のサイズは５〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項８】
前記線状多孔質二酸化チタン材料の単結晶の長軸配向は＜０１０＞配向であることを特徴とする請求項１に記載の線状多孔質二酸化チタン材料。
【請求項９】
リチウム化合物を含む過酸化物水溶液にチタン源を分散させて攪拌し、溶液を形成するステップと、
前記溶液を加熱反応させて線状構造の過酸化チタン酸リチウムを得るステップと、
前記過酸化チタン酸リチウムを低温アニール処理して線状構造のチタン酸リチウムを得るステップと、
前記チタン酸リチウムを酸溶液に分散させて水素イオン交換を行って、線状構造のチタン酸を得るステップと、
前記チタン酸を熱処理して線状多孔質二酸化チタン材料を得るステップと、を含み、好ましくは、前記熱処理は、水熱処理及び／または高温アニールを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法。
【請求項１０】
リチウム化合物を含む過酸化物水溶液にチタン源を分散させて攪拌し、溶液を形成するとともに、溶液にポリマーを添加し、
前記ポリマーは、キトサン、グアーガム、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンのうちの１種又は２種以上から選ばれ、
前記溶液中、前記ポリマーの質量分率は、０．０１％〜１０％、より好ましくは０．１％〜１％であることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１１】
前記チタン源は、チタニウムエトキシド、チタニウムプロポキシド、チタン酸テトラブチル、チタニウムグリコレート、チタニウムグリセロキシド、硫酸チタン、硫酸チタニル、四塩化チタン、四フッ化チタン、フッ化チタン酸アンモニウム、窒化チタン、二酸化チタン、メタチタン酸、オルトリン酸のうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１２】
前記チタン源は、チタン含有化合物を加水分解反応させて得られた水和チタン酸から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１３】
前記チタン含有化合物は、チタニウムエトキシド、チタニウムプロポキシド、チタン酸テトラブチル、チタニウムグリコレート、チタニウムグリセロキシド、硫酸チタン、硫酸チタニル、四塩化チタン、四フッ化チタン、及びフッ化チタン酸アンモニウムの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれ、前記加水分解反応は、前記チタン含有化合物を純水に分散させて直接加水分解して水和チタン酸を生成するものであり、または、前記加水分解反応は、塩基性物質を含む水溶液に前記チタン含有化合物を分散させて加水分解して水和チタン酸を生成するものであることを特徴とする請求項１２に記載の調製方法。
【請求項１４】
前記チタン含有化合物を加水分解反応させた後、精製して、前記水和チタン酸を得、
前記精製は、不純物イオンを除去して純度９７％以上の水和チタン酸を得るためのものであり、前記精製方式は、水洗−遠心分離、水洗−膜分離、水洗−濾過及び透析のうちの１種又は２種以上の方式の組み合わせであることを特徴とする請求項１２に記載の調製方法。
【請求項１５】
リチウム化合物を含む前記過酸化物水溶液中のリチウム化合物は、水酸化リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウム、超酸化リチウムのうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれ、前記リチウム化合物の濃度は０．４〜１．０モル／リットルであることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１６】
リチウム化合物を含む前記過酸化物水溶液中、前記過酸化物は、過酸化水素、過酸化尿素、過酢酸のうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれ、前記過酸化物の濃度は０．１〜２．０モル／リットルであることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１７】
前記加熱反応の温度は６０〜１００℃以下であり、前記加熱反応の時間は０．５〜２４時間である、ことを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１８】
前記低温アニール処理の温度は１５０〜２５０℃であり、前記低温アニール処理の時間は１〜２４時間であることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項１９】
前記水素イオン交換は、
線状構造のチタン酸リチウムを洗浄、分離することと、
分離した線状構造のチタン酸リチウムを酸溶液に入れ水素イオン交換して線状構造のチタン酸を得、前記線状構造のチタン酸を洗浄分離して乾燥することと、を含むことを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項２０】
前記酸溶液は、硝酸、塩酸、硫酸、酢酸のうちの１種又は２種以上から選ばれ、前記酸溶液の濃度は、０．００１〜０．１モル／リットルであることを特徴とする請求項１９に記載の調製方法。
【請求項２１】
前記水熱反応の温度は１０５〜２４０℃であり、前記水熱反応の時間は１〜４８時間であることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項２２】
前記水熱反応の系は、酸性系、中性系、塩基性系のうちの１種であることを特徴とする請求項２１に記載の調製方法。
【請求項２３】
前記高温アニールの温度は３００〜１０００℃であり、３５０〜１０００℃であることが好ましく、前記高温アニール処理の時間は１〜２４時間であることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。
【請求項２４】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の線状多孔質二酸化チタン材料を表面修飾する方法。
【請求項２５】
前記表面修飾は、炭素の担持、グラフェンの担持、黒リンの担持、酸化ルテニウムの担持、酸化鉛の担持、酸化ニッケルの担持、金属白金の担持、金属金の担持、金属銀の担持、金属銅の担持のうちの１種または２種以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の線状多孔質二酸化チタン材料を半導体複合化する方法。
【請求項２７】
前記半導体複合化は、硫化カドミウム半導体複合、硫化鉛半導体複合、酸化銅半導体複合、亜酸化銅半導体複合、酸化鉄半導体複合、酸化第一鉄半導体複合、酸化タングステン半導体複合、酸化亜鉛半導体複合、リン化ガリウム半導体複合、スズ化カドミウム半導体複合、硫化モリブデン半導体複合、窒化炭素半導体複合のうちの１種または２種以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の線状多孔質二酸化チタン材料を、リチウムイオン電池材料、ナトリウムイオン電池材料、カリウムイオン電池材料、触媒水添材料、光触媒による有機汚染物の分解、光触媒水分解による水素製造、ガスセンサ、色素増感太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、親／疎水性材料、生物医学分野のうちの１種又は２種以上に使用する用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状多孔質二酸化チタン材料及びその調製方法並びに応用に関し、半導体機能材料及び材料調製分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタンは、水光分解、触媒、光触媒、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、カリウムイオン電池、色素増感太陽電池とセンサなどの分野への広い応用が期待されているため、材料分野の研究の焦点となっている。
【０００３】
アナターゼ相二酸化チタンの応用性能が、その形態構造と密接に関連する。例えば、二酸化チタンナノ粒子と比較して、線状構造の二酸化チタンナノ材料は粒子間の粒界を減少させることができ、キャリアの長軸方向における輸送に有利であり、以下の特徴を有する：（１）光触媒分野で、線状構造は光発生電子−正孔対の長軸方向における自由移動に有利であり、電子−正孔の再結合確率を減少させ、光触媒効率を向上させる；（２）電池電極材料分野で、線状長軸は電子の有効な移動に有利であり、短軸はリチウム、ナトリウム又はカリウムイオンの迅速な挿入と脱着過程に有利であり、ナノ粒子と比較して、線状構造は良好な充放電性能を有する；（３）色素増感太陽電池の分野で、線状構造は粒子間の粒界を減少させることができ、光陽極上での電子の伝送に有利であり、電池の効率などを大幅に向上させる。
【０００４】
実験及び理論計算の両方により、高活性｛１００｝及び｛００１｝結晶面が、｛１０１｝結晶面よりも高い結晶面エネルギーを有することが示されている。高活性結晶面（例えば、｛１００｝または｛００１｝結晶面）が露出したアナターゼ相二酸化チタンは、よりよい光触媒等の応用効果を示すことができる。熱力学的に安定なアナターゼ相の二酸化チタンは、８個の低活性｛１０１｝及び２個の高活性｛００１｝結晶面からなる少量角切りの八面体粒子を形成する傾向がある。そのうち、｛１０１｝結晶面の占める割合は９４％と高く、主に高活性結晶面はその活性度が高く、安定性が悪いなどの特徴から、材料の成長過程で非常に容易に消失する。従って、アナターゼ相二酸化チタンは、成長過程で低活性結晶面の｛１０１｝結晶面を非常に容易に露出させ、八面体粒子を形成する。現在、線状アナターゼ相二酸化チタン材料が多くの活性｛１００｝及び｛００１｝結晶面を露出することについては報告されていない。
【０００５】
また、多孔質二酸化チタン材料は、比表面積が大きく、気孔率が高いため、応用の面で多くの優れた特性を有する。多孔質二酸化チタンの比表面積及び活性部位は急激に増加し、その表面反応及び媒体との相互作用を大幅に加速し、材料の応用性能を向上させることができる。多孔質構造二酸化チタン材料は光吸収、光散乱利用が高く、一般的には、多孔質構造アナターゼ相二酸化チタンは通常高い光触媒効率を示す。しかしながら、現在報告された多孔質二酸化チタン材料は、多孔質球、多孔質ナノ結晶粒子などの粒子状であり、多数の粒界を有し、光発生電子−正孔の再結合中心となりやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記技術課題を解決するために、本発明は、線状多孔質二酸化チタン材料及びその調製方法を提供し、線状構造、単結晶構造、多孔質構造、活性｛１００｝及び｛００１｝結晶面を結合させることにより、線状、多孔質、単結晶、活性結晶面構造を有するアナターゼ相二酸化チタンナノ材料を得て、材料比表面積を大幅に大きくし、材料の表面活性を高め、粒子間の粒界を減少させ、キャリアの長軸方向における有効な輸送を向上させ、材料の応用性能を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、アナターゼ相構造であり、且つ、単結晶構造であり、構造が配向成長方向を有する（即ち、配向の方向に沿って配列する）複数の粒子からなる線状多孔質二酸化チタン材料を提供し、前記成長方向は＜０１０＞配向であることが好ましい。
【０００８】
本発明の具体的な実施形態によれば、前記線状多孔質二酸化チタン材料は、多数の小粒子からなるものであり、好ましくは、当該線状多孔質二酸化チタン材料（粒子集合体の構造）は矩形柱構造または複数の矩形柱構造であり、平坦で互いに垂直な側面を有する。
【０００９】
本発明の具体的な実施形態によれば、好ましくは、前記線状多孔質二酸化チタン材料の側面は、高活性のアナターゼ相｛１００｝及び｛００１｝結晶面である。
【００１０】
本発明の具体的な実施形態によれば、好ましくは、当該線状多孔質二酸化チタン材料は、線状構造の直径が２０ｎｍ〜５μｍ、長さが１〜５０μｍである。より好ましくは、当該線状多孔質二酸化チタン材料は、線状構造の直径が１００〜１０００ｎｍ、長さが５〜２０μｍである。
【００１１】
本発明の具体的な実施形態によれば、好ましくは、当該線状多孔質二酸化チタン材料の線状多孔質構造において、孔のサイズが２〜５０ｎｍである。より好ましくは、孔のサイズが５〜２０ｎｍである。
【００１２】
本発明の具体的な実施形態によれば、好ましくは、当該線状多孔質二酸化チタン材料の単結晶の長軸配向は＜０１０＞配向である。
【００１３】
本発明が提供する線状多孔質二酸化チタン材料が有する構造は、二酸化チタン材料の電池電極、触媒、光触媒、センシング、太陽電池、親／疎水性、生物などの分野での応用効果を向上させることができる。
【００１４】
本発明は前記線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法をさらに提供するものである。そのフローを図８に示す。当該調製方法は、リチウム化合物を含む過酸化物水溶液にチタン源を分散させて攪拌し、溶液を形成するステップと、前記溶液を加熱反応させて線状構造の過酸化チタン酸リチウムを得るステップと、前記過酸化チタン酸リチウムを低温アニール処理して線状構造のチタン酸リチウムを得るステップと、前記チタン酸リチウムを酸溶液に分散させて水素イオン交換を経て、線状構造のチタン酸を得るステップと、前記チタン酸を熱処理して線状多孔質二酸化チタン材料を得るステップと、を含み、好ましくは、前記熱処理は、水熱処理及び／または高温アニールを含む。
【００１５】
前記調製方法において、好ましくは、リチウム化合物を含む過酸化物水溶液にチタン源を分散させて攪拌し、溶液を形成するとともに、溶液にポリマーを添加する。
【００１６】
使用されるポリマーは、キトサン、グアーガム、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンなどのうちの１種又は２種以上から選ばれる。前記溶液中、ポリマーの添加量は０．０１％〜１０％、好ましくは０．１％〜１％である。ポリマーは、固体または水溶液の形態として添加することができる。
【００１７】
前記調製方法において、好ましくは、前記チタン源は、チタニウムエトキシド、チタニウムプロポキシド、チタン酸テトラブチル、チタニウムグリコレート、チタニウムグリセロキシド、硫酸チタン、硫酸チタニル、四塩化チタン、四フッ化チタン、フッ化チタン酸アンモニウム、窒化チタン、二酸化チタン、メタチタン酸及びオルトリン酸などのうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれる。
【００１８】
前記調製方法において、前記チタン源は、チタン含有化合物を加水分解反応させて得られた水和チタン酸であってもよい。前記チタン含有化合物は、チタニウムエトキシド、チタニウムプロポキシド、チタン酸テトラブチル、チタニウムグリコレート、チタニウムグリセロキシド、硫酸チタン、硫酸チタニル、四塩化チタン、四フッ化チタン、フッ化チタン酸アンモニウム、工業用チタン含有化合物等のうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれる。そのうち、加水分解反応は、前記チタン含有化合物を純水に分散させて直接加水分解して水和チタン酸を生成するものであり、または、前記加水分解反応は、塩基性物質を含む水溶液に前記チタン含有化合物を分散させて加水分解して水和チタン酸を生成するものである。上記塩基性物質は、アンモニア水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、エチレンジアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチルアミン、エタノールアミン及びジエタノールアミンなどのうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれる。チタン含有化合物を加水分解反応させた後、精製して前記水和チタン酸を得る。当該精製は、不純物イオンを除去して純度９７％以上の水和チタン酸を得るためのものであり、当該精製方式は、水洗−遠心分離、水洗−膜分離、水洗−濾過及び透析などのうちの１種又は２種以上の方式の組み合わせを採用してもよい。
【００１９】
前記調製方法において、好ましくは、リチウム化合物を含む過酸化物水溶液中のリチウム化合物は、水酸化リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウム、超酸化リチウムなどのうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれる。リチウム化合物を含む過酸化物水溶液中、リチウム化合物の濃度は０．４〜１．０モル／リットルであってもよい。
【００２０】
前記調製方法において、好ましくは、リチウム化合物を含有する前記過酸化物水溶液において、前記過酸化物は、過酸化水素、過酸化尿素、過酢酸などのうちの１種又は２種以上の組み合わせから選ばれる。過酸化物の濃度を０．１〜２．０モル／リットルに制御してもよい。
【００２１】
前記調製方法において、好ましくは、前記加熱反応の温度は６０〜１００℃であり、前記加熱反応の時間は０．５〜２４時間である。
【００２２】
前記調製方法において、好ましくは、前記低温アニール処理の温度は１５０〜２５０℃であり、前記低温アニール処理の時間は１〜２４時間である。
【００２３】
前記調製方法において、好ましくは、前記水素イオン交換は、線状構造のチタン酸リチウムを洗浄、分離することと、分離した線状構造のチタン酸リチウムを酸溶液に入れ水素イオン交換して線状構造のチタン酸を得、前記線状構造のチタン酸を洗浄分離して乾燥することと、を含む。そのうち、用いられた酸溶液は、硝酸、塩酸、硫酸、酢酸などのうちの１種又は２種以上から選ばれる。酸溶液の濃度を０．００１〜０．１モル／リットルに制御してもよい。
【００２４】
前記調製方法において、好ましくは、前記水熱反応の温度は１０５〜２４０℃であり、前記水熱反応の時間は１〜４８時間である。当該水熱反応の系は、酸性系、中性系、塩基性系などのうちの１種であってもよい。
【００２５】
前記調製方法において、好ましくは、前記高温アニールの温度は３００〜１０００℃であり、３５０〜１０００℃であることが好ましく、前記高温アニール処理の時間は１〜２４時間である。
【００２６】
本発明は、前記線状多孔質二酸化チタン材料を表面修飾する方法をさらに提供する。好ましくは、前記表面修飾は、炭素の担持、グラフェンの担持、黒リンの担持、酸化ルテニウムの担持、酸化鉛の担持、酸化ニッケルの担持、金属白金の担持、金属金の担持、金属銀の担持、金属銅の担持などのうちの１種または２種以上の組み合わせを含む。
【００２７】
本発明は、前記線状多孔質二酸化チタン材料を半導体複合化する方法をさらに提供する。好ましくは、前記半導体複合化は、硫化カドミウム半導体複合、硫化鉛半導体複合、酸化銅半導体複合、亜酸化銅半導体複合、酸化鉄半導体複合、酸化第一鉄半導体複合、酸化タングステン半導体複合、酸化亜鉛半導体複合、リン化ガリウム半導体複合、スズ化カドミウム半導体複合、硫化モリブデン半導体複合、窒化炭素半導体複合などのうちの１種または２種以上の組み合わせを含む。
【００２８】
本発明は、前記線状多孔質二酸化チタン材料を、リチウムイオン電池材料、ナトリウムイオン電池材料、カリウムイオン電池材料、触媒水添材料、光触媒による有機汚染物の分解、光触媒水分解による水素製造、ガスセンサ、色素増感太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、親／疎水性材料、生物医学分野のうちの１種又は２種以上に使用する用途をさらに提供する。
【００２９】
本発明の利点は次のとおりである。
本発明が提供するアナターゼ相二酸化チタン材料は、線状構造、単結晶構造、多孔質構造、活性｛１００｝及び｛００１｝結晶面を有し、そのうち、多孔質構造が二酸化チタン材料の比表面積を大きくし、反応の活性部位を増加させることができ、線状単結晶構造が粒子間の粒界を減少させ、キャリアの長軸方向における輸送に有利であり、材料の応用効果を向上させることができ、大量の高活性｛１００｝と｛００１｝結晶面を露出させることが、材料の表面活性の増加、材料の応用効果の向上に有利である。本発明が提供するアナターゼ相二酸化チタン材料の調製方法は、他の方法では実現できないものである。当該調製方法は工程が簡単で、工程パラメータが制御しやすく、原料が入手しやすく、生産コストが低く、大規模な工業化生産が容易である。
【００３０】
本発明の二酸化チタン多孔質ナノワイヤーの応用の利点は次のとおりである。
（１）本発明の二酸化チタン多孔質ナノワイヤの構造は電子−正孔分離に有利であり、触媒反応活性部位を増加させ、高い光触媒活性を有し、光加水分解水素調製又は光触媒による有機汚染物の分解に有利である。
（２）本発明の二酸化チタン多孔質ナノワイヤの構造長軸は電子の有効な移動に有利であり、多孔質構造はリチウムイオン、ナトリウムイオン又はカリウムイオンの迅速な挿入と脱着過程に有利であり、大きな比表面積は電解液と電極との接触面積に有利であり、電流密度を低減させ、良好な電池急速充放電性能を有する。
（３）本発明の二酸化チタン多孔質ナノワイヤの構造の大きな比表面積は多くの染料を吸着することができると同時に、一次元構造は電子の輸送に有利であり、色素増感太陽電池の面で優位がある。
（４）本発明の二酸化チタン多孔質ナノワイヤの構造は、水素、酸素、ホルムアルデヒド、プロパン、エタン、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気などのガスのセンシングに応用されるガスセンサに有利である。
（５）本発明の二酸化チタン多孔質ナノワイヤは、大きな比表面積を有し、多くの有機物や重金属イオンを吸着することができ、吸着分離の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１で調製された二酸化チタン材料のＳＥＭ写真である。
【図２】実施例１で調製された二酸化チタン材料のＴＥＭ写真である。
【図３】実施例１で調製された二酸化チタン材料のＸＲＤ図である。
【図４】実施例１で調製された二酸化チタン材料の透過型電子顕微鏡及び電子回折図である。
【図５】実施例１で調製された二酸化チタン材料のＳＥＭ写真である。
【図６】実施例１で調製された二酸化チタン材料の、エタノールを犠牲剤として用いた場合の光触媒水分解による水素製造の効率図である。
【図７】実施例１で調製された二酸化チタン材料の、トリエタノールアミンを犠牲剤として用いた場合の光触媒水分解による水素製造の効率図である。
【図８】線状多孔質二酸化チタン材料の調製フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
当業者が本発明の技術的解決手段をよりよく理解させるために、以下、本発明の実施例を合わせて、本発明の実施例の技術的解決手段を明確かつ全体的に説明する。記載された実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではないことは明らかである。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労力を払わない前提で得られた全ての他の実施例は、本発明の特許請求する範囲に属すべきである。
【００３３】
他に定義されていない限り、本明細書で使用される全ての技術及び科学用語は、本発明の技術分野に属する当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味である。本明細書において本発明の明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明するために過ぎなく、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される「及び／または」という用語は、１つまたは複数の相関の列挙された項目の任意の組合せ及び全ての組合せを含む。
【００３４】
後述の説明のとおり、本発明の特定の実施形態がここに詳細に開示されており、本発明の原理が採用され得る方式が明示されている。本発明の実施形態は範囲上で制限されないと考えられるべきである。添付した請求の範囲の主旨及び条項の範囲内で、本発明の実施形態には、さまざまな変更、修正及び同一が含まれる。
【００３５】
一つの実施形態に記載及び／又は示される特徴について、同一又は類似の方式で、１つ又は複数の他の実施形態に適用されたり、その他の実施形態における構成要件と組み合わせたり、その他の実施形態における構成要件を置換したりすることができる。
【００３６】
強調すべきことは、用語「含む」は、本文で特徴、装置、ステップ又は部材の存在を示すために使われているが、１つ又は複数のほかの特徴、装置、ステップ又は部材の存在若しくは付加が排除されるわけではない。
【００３７】
この文で引用されるいかなるデジタル値は、いずれも下限値ないし上限値の間の、１単位で逓増する下値と上値という全ての値を含み、任意の下値と任意のより高い値の間に、少なくとも２単位の間隔が存在すればよい。例えば、１つの部品の数量又はプロセス変数（例えば、温度、圧力、時間など）の値が１〜９０、好ましくは２０〜８０、より好ましくは３０〜７０と述べると、該明細書には、例えば、１５〜８５、２２〜６８、４３〜５１、３０〜３２などの値も明確に列挙されることを説明することを目的とする。１未満の値については、１単位は０．０００１、０．００１、０．０１、０．１であると適切に考えられる。これらは明確に表現するための例示に過ぎず、最低値と最高値の間に列挙される数値の全ての可能な組み合わせは、ともに類似の方式で該明細書で明確に述べられていると考えられることができる。
【００３８】
特に説明のない限り、すべての範囲には端点と端点の間のすべての数字が含まれる。範囲とともに用いられる「おおよそ」または「近似」は、その範囲の２つの端点に適合する。したがって、「約２０〜３０」は、「約２０〜約３０」を覆うことを図り、少なくとも明示された端点を含む。
【００３９】
開示された全ての文章及び参考資料（特許出願と出版物を含む）は、種々の目的のために引用によってここに記載されている。組み合わせを説明するための用語である「基本的に…からなる」は、確定した素子、成分、部品又はステップ及び実質的に該組み合わせの基本的な新規性要件に影響を及ぼさないほかの素子、成分、部品又はステップを含むと考えられる。用語である「含む」又は「含める」などでここの素子、成分、部品又はステップの組合せを説明することについて、基本的にこれらの素子、成分、部品又はステップからなる実施形態も考えられる。ここで、用語である「できる（であってもよい、可能）」を使用することによって、「できる（であってもよい、可能な）」に含まれる説明のためのいかなる属性も選択可能であると説明することを図る。
【００４０】
複数の素子、成分、部品又はステップは単独な集積素子、成分、部品又はステップによって提供されることができる。又は、単独な集積素子、成分、部品又はステップは、分離した複数の素子、成分、部品又はステップに分けることができる。素子、成分、部品又はステップを説明するために開示した「一」又は「１つ」は、ほかの素子、成分、部品又はステップを除外するものではない。
【実施例】
【００４１】
以下、複数の実施例に基づいて、本発明の原理を具体的に説明する。
［実施例１］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、１ｇの硫酸チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、硫酸チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００４２】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．６モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、６時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２２０℃のオーブンに入れて１２時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄して、乾燥した。
【００４３】
最後に、上記乾燥した白色固体をマッフル炉に入れ、６５０℃で３時間アニール処理し、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００４４】
本実施例で調製された二酸化チタン材料のＳＥＭ写真を図１に示す。図１から分かるように、当該二酸化チタン材料は線状であり、その直径が２０ｎｍ〜５μｍであり、大部が１００〜１０００ｎｍに集中し、長さが１〜５０μｍ、大部が５〜２０μｍに集中する。
【００４５】
本実施例で調製された二酸化チタン材料のＴＥＭ写真を図２に示す。図２から分かるように、当該二酸化チタン材料は多孔質構造であり、孔のサイズが約５〜２０ｎｍである。
【００４６】
本実施例で調製された二酸化チタン材料のＸＲＤ写真を図３に示す。図３から分かるように、本実施例の線状多孔質二酸化チタン材料はアナターゼ相構造である。
【００４７】
本実施例で調製された二酸化チタン材料の透過型電子顕微鏡と電子回折図を図４に示す。図４から分かるように、本実施例の二酸化チタン材料は単結晶構造であり、単結晶の長軸配向が＜０１０＞配向であり、当該線状多孔質構造は配向成長方向を有する多数の小粒子からなる。
【００４８】
本実施例で調製された二酸化チタン材料の高倍率ＳＥＭ写真を図５に示す。図５から明らかなように、本実施例の二酸化チタン材料は、矩形柱または複数の矩形柱構造であり、平坦で互いに垂直な側面を有し、側面が高活性なアナターゼ相｛１００｝及び｛００１｝結晶面である。
【００４９】
以上の結果から、本実施例で調製された二酸化チタン材料は、線状多孔質アナターゼ相単結晶二酸化チタン材料であり、且つ、矩形柱又は複数の矩形柱構造を有することが分かる。
【００５０】
本実施例で調製された二酸化チタン材料の光触媒水分解による水素製造の効率を図６に示す。当該光触媒水分解による水素製造の効率は以下のように測定される。試料５０ｍｇを水９０ｍＬに加えた後、白金と二酸化チタン材料の質量比が０．５％となるように塩化白金酸を添加し、擬似太陽光をオンして３０分間照射した後、エタノール１０ｍＬを加えて、試料水素ガスの発生量を計算し始めた。図６から分かるように、本実施例の二酸化チタン材料は、エタノールを犠牲剤として用いた場合、１つの標準太陽光の照射での水素生成効率が７８ｍｍｏｌ・ｇ−１・ｈ−１と高く、市販のＰ２５材料の１．７倍である。
【００５１】
本実施例で調製された二酸化チタン材料の光触媒水分解による水素製造の効率を図７に示す。当該光触媒水分解による水素製造の効率は以下のように測定される。試料５０ｍｇを水９０ｍＬに加えた後、白金と二酸化チタン材料の質量比が０．５％となるように塩化白金酸を添加し、擬似太陽光をオンして３０分間照射した後、トリエタノールアミン１０ｍＬを加えて、試料水素ガスの発生量を計算し始めた。図７から分かるように、本実施例の二酸化チタン材料は、トリエタノールアミンを犠牲剤として用いた場合、１つの標準太陽光の照射での水素生成効率が１３ｍｍｏｌ・ｇ−１・ｈ−１と高く、市販のＰ２５材料の２．６倍である。
【００５２】
［実施例２］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、０．１ｇの硫酸チタニルを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．０１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、硫酸チタニルを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００５３】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．４モル／リットル、過酸化水素濃度を０．１モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を６０℃に加熱した後、２４時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、１５０℃のオーブンに入れて２４時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．００１モル／リットルの塩酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
【００５４】
最後に、上記乾燥した白色固体をマッフル炉に入れ、３００℃で２４時間アニール処理し、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００５５】
［実施例３］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、６ｇの四塩化チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．２モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、四塩化チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を１．０モル／リットル、過酸化水素濃度を２．０モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を１００℃に加熱した後、０．５時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２５０℃のオーブンに入れて１時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．１モル／リットルの酢酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
最後に、上記乾燥した白色固体をマッフル炉に入れ、１０００℃で１時間アニール処理し、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００５６】
［実施例４］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、２ｇの四フッ化チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、四フッ化チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００５７】
次に、過酸化酢酸と過酸化リチウムを水に溶解させて、過酸化リチウム濃度を０．４モル／リットル、過酸化酢酸濃度を１．０モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、１００ｍＬの上記で調製した過酢酸と過酸化リチウムを含有する水溶液に分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を７０℃に加熱した後、１２時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２００℃のオーブンに入れて２０時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硫酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
【００５８】
最後に、上記乾燥した白色固体をマッフル炉に入れ、５００℃で８時間アニール処理し、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００５９】
［実施例５］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、１００ｍＬの過酸化水素及び水酸化リチウムを水に溶解させた水溶液中に１．５ｇのチタニウムプロポキシドを分散させ、撹拌して黄色透明溶液を形成し、そのうち、水酸化リチウム濃度を０．５モル／リットル、過酸化水素濃度を１．０モル／リットルとした。次いで、上記黄色透明溶液を９０℃に加熱した後、４時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、１８０℃のオーブンに入れて２４時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
【００６０】
最後に、上記乾燥した白色固体を純水１００ｍＬに分散させ、１６０℃で２４時間水熱反応させ、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００６１】
［実施例６］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、１００ｍＬの過酸化水素及び酸化リチウムを水に溶解させた水溶液中に１ｇのチタニウムエトキシドを分散させ、撹拌して黄色透明溶液を形成し、そのうち、水酸化リチウム濃度を０．７モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。次いで、上記黄色透明溶液を１００℃に加熱した後、２時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２３０℃のオーブンに入れて１０時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０５モル／リットルの塩酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
【００６２】
最後に、上記乾燥した白色固体を濃度が０．０１モル／リットルの硝酸水溶液１００ｍＬに分散させ、２００℃で１０時間水熱反応させ、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００６３】
［実施例７］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、２ｇのテトラブチルチタネートを１００ｍＬの水溶液に分散し、直接加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成させた後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００６４】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．８モル／リットル、過酸化水素濃度を０．９モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、８時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２００℃のオーブンに入れて２４時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硫酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
【００６５】
最後に、上記乾燥した白色固体を濃度が０．０１モル／リットルのフッ化水素酸水溶液１００ｍＬに分散させ、１０５℃で４８時間水熱反応させ、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００６６】
［実施例８］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、２ｇのチタニウムグリセロキシドを１００ｍＬの水溶液に分散させ、直接加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成させた後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００６７】
次に、過酸化水素と超酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．７モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、１０時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２５０℃のオーブンに入れて４時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄して、乾燥した。
【００６８】
最後に、上記乾燥した白色固体を濃度が０．０００１モル／リットルのジエチルアミン水溶液１００ｍＬに分散させ、２４０℃で１時間水熱反応させ、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００６９】
［実施例９］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料の調製方法を提供する。
攪拌条件で、２ｇのテトラブチルチタネートを１００ｍＬの水溶液に分散させ、直接加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成させた後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００７０】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．８モル／リットル、過酸化水素濃度を０．９モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、含有量が０．５％のポリビニルアルコールを添加し、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、８時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２００℃のオーブンに入れて２４時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硫酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄し、乾燥した。
【００７１】
最後に、上記乾燥した白色固体を濃度が０．０１モル／リットルのフッ化水素酸水溶液１００ｍＬに分散させ、１８０℃で１２時間水熱反応させ、アナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００７２】
［実施例１０］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料を表面修飾する方法を提供する。
攪拌条件で、１ｇの硫酸チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、硫酸チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００７３】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．６モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、６時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２２０℃のオーブンに入れて１２時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄して、乾燥した。
【００７４】
最後に、上記乾燥した白色固体を、質量分が０．０５％の酸化グラフェンを含む水溶液１００ｍＬに分散させ、１８０℃で１２時間水熱反応させ、グラフェンを担持したアナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００７５】
［実施例１１］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料を表面修飾する方法を提供する。
攪拌条件で、１ｇの硫酸チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、硫酸チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００７６】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．６モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、６時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２２０℃のオーブンに入れて１２時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄して、乾燥した。
【００７７】
上記乾燥後の白色固体を、質量分が０．１％の酢酸ニッケルを含む水溶液１００ｍＬに分散させた後、分離乾燥した。
【００７８】
最後に、上記分離乾燥した固体粉末をマッフル炉に入れ、６００℃で４時間アニール処理して、酸化ニッケルを担持したアナターゼ相線状多孔質二酸化チタン材料を得た。
【００７９】
［実施例１２］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料を半導体複合化する方法を提供する。
攪拌条件で、１ｇの硫酸チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、硫酸チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００８０】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．６モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、６時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２２０℃のオーブンに入れて１２時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄して、乾燥した。
【００８１】
上記乾燥後の白色固体を、質量分が０．５％の酢酸銅を含む水溶液１００ｍＬに分散させた後、分離乾燥した。
【００８２】
最後に、上記分離乾燥した固体粉末をマッフル炉に入れ、６５０℃で３時間アニール処理して、酸化銅半導体とアナターゼ相線状多孔質二酸化チタンとの複合材料を得た。
【００８３】
［実施例１３］
本実施例は、以下のステップを含む線状多孔質二酸化チタン材料を半導体複合化する方法を提供する。
攪拌条件で、１ｇの硫酸チタンを１００ｍＬの水溶液に分散溶解して溶液を形成した後、上記溶液が中性（ｐＨ約７）になるまで濃度が０．１モル／リットルのアンモニア水をゆっくり滴下し、硫酸チタンを徐に、完全に加水分解して水和チタン酸沈殿物を生成し、その後、水和チタン酸沈殿物を超音波分散し、脱イオン水で複数回洗浄し、遠心分離した。
【００８４】
次に、過酸化水素と水酸化リチウムを水に溶解させて、水酸化リチウム濃度を０．６モル／リットル、過酸化水素濃度を０．８モル／リットルとした。その後、上記遠心分離後の水和チタン酸沈殿物を、上記で調製した水酸化リチウムを含有する過酸化水素水溶液１００ｍＬに分散させ、攪拌して黄色透明溶液を形成した。次いで、上記黄色透明溶液を８０℃に加熱した後、６時間恒温攪拌し、反応を停止し、白色固体を単離した。その後、上記白色固体を乾燥させた後、２２０℃のオーブンに入れて１２時間恒温アニール処理し、白色固体中に吸着及び含有された過酸化水素を除去した。次に、上記処理後の白色固体を脱イオン水で複数回洗浄分離した後、０．０１モル／リットルの硝酸溶液に入れて水素イオン交換を行い、水素イオン交換後、洗浄液のｐＨが中性に近づくまで脱イオン水で複数回洗浄して、乾燥した。
【００８５】
上記乾燥した白色固体と尿素０．５ｇを研磨混合した後マッフル炉に入れ、５５０℃で３時間アニール処理して、窒化炭素半導体とアナターゼ相の線状多孔質二酸化チタンとの複合材料を得た。
【００８６】
上記の説明は、例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。本明細書に例示された実施形態及び応用以外の多様な実施形態及び多様な応用が、上記の説明を読むことで当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照して決定されるべきではなく、特許請求の範囲及びこれらの特許請求の範囲が有する均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。全体的な目的のため、特許出願及び公告を含む全ての文書及び参照は、参照により本明細書に組み込まれる。前述した特許請求の範囲において、ここに開示された主題のいかなる面を省略することは、主題の内容を放棄することを意図するものではなく、発明者がこの主題を開示の発明の主題の一部として考慮していないと考えるべきではない。
【図１】
2020033250.tif 000003
【図２】
2020033250.tif 000004
【図３】
2020033250.tif 000005
【図４】
2020033250.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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