(57)【要約】【課題】紫外から可視光領域で高い光触媒活性を発現する可視光応答型の二酸化チタン系光触媒を効率よく製造する。【解決手段】二酸化チタン光触媒前駆物質の入口１と光触媒担体物質とキャリアガスの入口２及び調製された光触媒の出口３を有するハウジング４と、プラズマを発生させる中心電極５と外部電極６とを備えた光触媒製造装置において、中心電極５の前段部分５Ａに、光触媒にドープされて可視光領域の光触媒活性を発現させるＣｒなど遷移金属をコートする。遷移金属がクラスタ飛散するように、プラズマがスパッタ条件に設定される。光触媒前駆物質としてＴｉＣｌ４  など揮発性チタニウム化合物、二酸化チタン光触媒担体物質としてナノカーボン材、キャリアガスとしてＯ２  を導入し、キャリアガスをプラズマ励起して活性種として活用し、ＴｉＯ２  創製中にＣｒなどが格子の位置に置換型でドープされた光触媒を担体に担持させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタン光触媒前駆物質とカーボンナノチューブなどの光触媒担体物質とキャリアガスの入口及び調製された光触媒の出口を有するハウジングと、ハウジング内にプラズマを発生させる電極とを備え、キャリアガスをプラズマ励起して活性種として活用し、二酸化チタン光触媒を光触媒担体に担持させる光触媒の製造装置であって、少なくとも一方の電極の前段部分の表面と後段部分の表面とを異なる物質で構成したことを特徴とする可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置。
【請求項２】
少なくとも一方の電極の前段部分の表面を、二酸化チタンなどの酸化物の格子の位置に置換されてドープし、可視光領域における光触媒活性を発現させるドープ物質で構成したことを特徴とする請求項１記載の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置。
【請求項３】
電極の前段部分の表面の物質がクラスタ飛散するようプラズマがスパッタ条件に設定されることを特徴とする請求項１または２記載の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の製造装置のハウジングに、二酸化チタン光触媒前駆物質としてＴｉＣｌ４  やチタニウムアルコキサイドないし有機チタニウム化合物など少なくとも一種の揮発性化合物、光触媒担体物質としてナノカーボン材、キャリアガスとしてＯ２  を導入し、キャリアガスをプラズマ励起して活性種として活用し、ＴｉＯ２  が創製される時に格子の位置にドープする注入物質が置換された二酸化チタン光触媒を光触媒担体に担持させることを特徴とする可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造方法。
【請求項５】
注入物質がＣｒ、Ｖ、ＮｉまたはＦｅ等の遷移金属であることを特徴とする請求項４記載の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可視光領域において高い光触媒機能を有する可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒活性が高く安全性や安定性などの面から、最も優れた光触媒材料として二酸化チタンが広く使用されている。しかし、従来使用されている二酸化チタン光触媒は紫外光領域の光のみを吸収するものであって、可視光領域の光は吸収できないため利用できなく、屋外で使用する場合には、太陽光の全エネルギーに占める３〜５％の紫外光しか利用されない。したがって、室内もしくは装置内で使用する際には、水銀ランプ等の特殊な紫外光を放射する光源の設置を必要とし、有害な紫外光を使うことから実用化の面で用途が大きく制約される。
【０００３】
このため、太陽光の大分を占める可視光を吸収し、高効率に有害物質を分解無害化できる新規な可視光応答型の光触媒が現在強く求められている。
近年、二酸化チタン光触媒にＣｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｆｅ等を微量イオン注入すると、二酸化チタンの吸収スペクトルが紫外から可視光領域へシフトすることが見出されており、二酸化チタン光触媒へＣｒ、Ｖ等の遷移金属をイオン注入する可視光応答型の二酸化チタン光触媒の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
Ｃｒ、Ｖ等の遷移金属イオンをイオン注入した二酸化チタン光触媒では、注入された遷移金属イオンは二酸化チタン表面の構造を変えることなく内部の適切な深さに均一に注入され格子の位置に置換型で存在しているため、注入前に備えていた二酸化チタン光触媒の高い紫外光領域における固有の光触媒活性を維持しながら、可視光領域においても高い光触媒活性が発現する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２６２４８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、イオン注入する製造方法では、イオン注入を真空下で行うため、大規模な製造装置が必要で装置が高価となり、処理が複雑で厳密な製造工程管理を必要とし、大量処理が不可能で生産効率が高くないという問題がある。
本発明は、可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造における上記問題を解決するものであって、真空処理の必要がなく、可視光応答型の二酸化チタン系光触媒を効率よく製造できる、簡単で安価な可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置は、二酸化チタン光触媒前駆物質とナノカーボン材などの光触媒担体物質とキャリアガスの入口及び調製された光触媒の出口を有するハウジングと、ハウジング内にプラズマを発生させる電極とを備え、キャリアガスをプラズマ励起して光触媒前駆物質を活性種として活用し、二酸化チタン光触媒をナノカーボン材などの光触媒担体に担持させる光触媒の製造装置において、少なくとも一方の電極の前段部分の表面と後段部分の表面とを異なる物質で構成している。
【０００８】
この製造装置において、少なくとも一方の電極の前段部分の表面は、二酸化チタン光触媒にドープされ可視光領域における光触媒活性を発現させる注入物質で構成し、また、電極の前段部分の表面の注入物質がクラスタ飛散するように、プラズマがスパッタ条件に設定されることが好ましい。
本発明の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造方法では、上記製造装置のハウジングに、光触媒前駆物質としてＴｉＣｌ４  やチタニウムアルコキサイドないし有機チタニウム化合物など揮発性化合物、光触媒担体物質としてフラーレンやナノチューブ状のナノカーボン材、キャリアガスとしてＯ２  を導入し、キャリアガスをプラズマ励起して活性種として活用し、ＴｉＯ２  創製中にドープ物質が二酸化チタンの格子の位置に置換型でドープされた二酸化チタン光触媒を光触媒担体に担持させる。
ドープ物質としては、二酸化チタンに可視光領域において光触媒活性を発現させるＣｒ、Ｖ、ＮｉまたはＦｅ等の遷移金属を用いることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置の構成図である。
この可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置は、二酸化チタン光触媒前駆物質の入口１、光触媒担体物質とキャリアガスの入口２、及び調製された光触媒の出口３を有するハウジング４と、ハウジング４内にプラズマを発生させるための電極である中心電極５と外部電極６とを備えている。
【００１０】
中心電極５はハウジング４の中心にその内壁と所定の間隔を開けて設けられ、外部電極６は中心電極５を包囲するようにハウジング４の外壁上に設けられている。そして、ハウジング４の内壁と中心電極５との間には、外気から遮断されたプラズマ生成空間７が形成されている。
ハウジング４は石英ガラス等の誘電体で製作してもよく、金属または合金等の導電体で製作してもよい。
【００１１】
なお、ハウジング４が導電体である場合には、ハウジング４の中心電極５と対向する部分を外部電極６として使用することもできる。
中心電極５は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｎｉ等で製作される。
この中心電極５は、前段部分５Ａの表面と後段部分５Ｂの表面とが異なる物質で構成されるようになっており、ここでは、二酸化チタンにドープされて可視光領域における光触媒活性を発現させるＣｒが、ドープ物質として前段部分５Ａの表面にコートされている。
【００１２】
中心電極５と外部電極６は電源８に接続されている。中心電極５の前段部分５Ａと外部電極６の前段部分６Ａは前段部分電源８Ａ、中心電極５の後段部分５Ｂと外部電極６の後段部分６Ｂは後段部分電源８Ｂからそれぞれ高圧の交流電圧が印加される。
可視光応答型の二酸化チタン系光触媒を製造するときには、入口１から二酸化チタン光触媒前駆物質としてＴｉＣｌ４  やチタニウムアルコキサイドないし有機チタニウム化合物からなる少なくとも一種の揮発性チタニウム化合物、入口２から光触媒担体物質としてフラーレンやナノチューブ状のナノカーボン材、キャリアガスとしてＯ２  が導入される。導入されたこれらの原料は、プラズマ生成空間７を通って出口３へ誘導される。このとき、プラズマ生成空間７で反応が進行する。
【００１３】
中心電極５と外部電極６には電源８から高圧の交流電圧（例えば１０ｋＶ、１ｋＨｚ）が印加されて、プラズマ生成空間７でキャリアガスをプラズマ励起する。
中心電極５は前段部分５Ａの表面物質がＣｒであり、図２に示すグロー領域で電圧を印加しプラズマをスパッタ条件に設定することにより、プラズマ生成空間７中にＣｒのクラスタがプラズマ飛散する。また、光触媒前駆物質として、例えばＴｉＣｌ４  を使用した場合は、ＴｉＣｌ４  はＴｉとＣｌの結合が解離する。
【００１４】
後段部分５Ｂでは、アーク領域で電圧を印加しプラズマを非スパッタ条件に設定することにより、周辺のプラズマ生成空間７において、次式に示すようにＣｒイオンが注入された酸化チタンが生成され、この酸化チタンがナノカーボン上に担持される。
【００１５】
【化１】
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【００１６】
上記の可視光応答酸化チタン系光触媒生成の化学反応は式（２）〜（５）に示される。
ＴｉＣｌ４  →Ｔｉ＋２Ｃｌ２  ・・・・・（２）
Ｔｉ＋Ｏ２  →ＴｉＯ２  ・・・・・・・・（３）
ＴｉＯ２  ＋Ｃｒ・・・・・・・・・・・（４）
ＴｉＯ２  ＋Ｃｒ  ｏｎ  ＮＣＴｓ・・・（５）
プラズマ生成空間７を通過した物質は、反応生成物、キャリアガス、未反応ガスの混合物として出口３から装置外へ排出される。この混合物から、目的とするＣｒイオンがドープされた二酸化チタンがナノカーボンに担持されている可視光応答型の二酸化チタン系光触媒を分離回収する。残余の生成物はキャリアガス、未反応ガスと共に入口１、２へ再投入される。
【００１７】
このように、キャリアガスをプラズマ励起して活性種として活用し、ＴｉＯ２  にＣｒなどがドープされた二酸化チタン光触媒をナノカーボンに担持させた、可視光応答型の二酸化チタン系光触媒は、紫外光から可視光領域において高い光触媒活性を発現する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置は、真空処理の必要がなく、構成が簡単で装置コストを低減でき、可視光応答型の二酸化チタン系光触媒を効率よく製造することができる。
また、本発明の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造方法により、可視光領域において極めて高い光触媒活性を発現する可視光応答型の二酸化チタン系光触媒が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の可視光応答型の二酸化チタン系光触媒の製造装置の構成図である。
【図２】電極に印加される電圧の説明図である。
【符号の説明】
１      入口
２      入口
３      出口
４      ハウジング
５      中心電極
５Ａ    前段部分
５Ｂ    後段部分
６      外部電極
６Ａ    前段部分
６Ｂ    後段部分
７      プラズマ生成空間
８      電源
８Ａ    前段部分電源
８Ｂ    後段部分電源
【図１】
2004275964.tif 000004
【図２】
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