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JP4411385B2 - Method for producing brookite type titanium dioxide, monodispersed brookite type titanium dioxide aggregate, photocatalyst and photonic crystal - Google Patents
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JP4411385B2 - Method for producing brookite type titanium dioxide, monodispersed brookite type titanium dioxide aggregate, photocatalyst and photonic crystal - Google Patents

Method for producing brookite type titanium dioxide, monodispersed brookite type titanium dioxide aggregate, photocatalyst and photonic crystal Download PDF

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Description

本発明は、ブルッカイト型二酸化チタンに関し、詳細には、単相ブルッカイト型二酸化
チタンを製造する方法、単分散ブルッカイト型二酸化チタンの二次粒子(以降では、「団
粒」と称する)、それを用いた光触媒およびそれを用いたフォトニック結晶に関する。
The present invention relates to brookite-type titanium dioxide, and more specifically, a method for producing single-phase brookite-type titanium dioxide, secondary particles of monodisperse brookite-type titanium dioxide (hereinafter referred to as “aggregate”), and the use thereof And a photonic crystal using the photocatalyst.

二酸化チタンは、例えば、ペンキおよび化粧品用の白色色素として古くから知られてい
る。また、近年、ナノ結晶からなる二酸化チタンは、大気または水から汚染物質を除去す
るための光触媒、太陽エネルギーを収集するための光電池材料、次世代超薄キャパシタ用
の誘電体材料、さらには、高屈折率(2.4〜2.9)を利用した光学素子として注目さ
れている。
Titanium dioxide has long been known as a white pigment for paints and cosmetics, for example. In recent years, titanium dioxide composed of nanocrystals has become a photocatalyst for removing pollutants from the atmosphere or water, photovoltaic cell materials for collecting solar energy, dielectric materials for next-generation ultrathin capacitors, It attracts attention as an optical element using a refractive index (2.4 to 2.9).

二酸化チタン(TiO)は、3つの結晶構造(すなわち、ルチル(正方晶系)、アナ
ターゼ(正方晶系)およびブルッカイト(斜方晶系))を有する。これらの結晶構造のう
ちブルッカイト型二酸化チタン(以降では、「B−TiO」と称する)は、ルチル型二
酸化チタン(以降では、R−TiOと称する)およびアナターゼ型二酸化チタン(以降
では、A−TiOと称する)に比べて光触媒特性が高いことが示唆されており、有望な
光触媒候補である。また、B−TiOは、A−TiOに比べて高い屈折率を有してお
り、R−TiO同様に光応用が期待される。
Titanium dioxide (TiO 2 ) has three crystal structures: rutile (tetragonal), anatase (tetragonal) and brookite (orthorhombic). Among these crystal structures, brookite type titanium dioxide (hereinafter referred to as “B-TiO 2 ”) is rutile type titanium dioxide (hereinafter referred to as R—TiO 2 ) and anatase type titanium dioxide (hereinafter referred to as A -TiO 2 hereinafter) has been suggested to have high photocatalytic properties compared to a promising photocatalyst candidates. Further, B-TiO 2 has a higher refractive index than A-TiO 2 and is expected to be optically applied like R-TiO 2 .

水熱処理によってB−TiOを製造する技術がある(例えば、特許文献1)。図6は
、従来技術によるB−TiOを製造する工程を示す図である。工程ごとに説明する。
There is a technique for producing B-TiO 2 by hydrothermal treatment (for example, Patent Document 1). FIG. 6 is a diagram illustrating a process of manufacturing B-TiO 2 according to the conventional technique. Each process will be described.

工程S6100:水酸化ナトリウム水溶液に非晶質二酸化チタンを添加する。この際、
NaO/(NaO+TiO)モル比が、0.15〜0.45、および、TiO
度が1〜40g/Lとなるように調整する。
Step S6100: Amorphous titanium dioxide is added to an aqueous sodium hydroxide solution. On this occasion,
The molar ratio of Na 2 O / (Na 2 O + TiO 2 ) is adjusted to 0.15 to 0.45, and the TiO 2 concentration is adjusted to 1 to 40 g / L.

工程S6200:工程S6100で得られた混合液を150〜300℃の温度で水熱処
理する。水熱処理によって、混合液中で層状のチタン酸ナトリウムが生成し、次いで、ナ
トリウムが離脱し、B−TiOが得られる。
Step S6200: The mixed liquid obtained in Step S6100 is hydrothermally treated at a temperature of 150 to 300 ° C. By hydrothermal treatment, layered sodium titanate is generated in the mixed solution, and then sodium is released to obtain B-TiO 2 .

また、ナノ結晶からなるTiOを製造する技術も研究されている。このような技術に
四塩化チタンを用いてブルッカイト相二酸化チタンを製造するものがある(例えば、特許
文献2)。
A technique for producing TiO 2 composed of nanocrystals has also been studied. There exists a thing which manufactures brookite phase titanium dioxide in such a technique using titanium tetrachloride (for example, patent document 2).

特開2000−095521号公報JP 2000-095521 A 特開2004−131366号公報JP 2004-131366 A

しかしながら、特許文献1に示される技術は、出発原料として水酸化ナトリウムを用い
ているため、生成したB−TiOは、不純物として少量のナトリウムを含有する。また
、水熱処理を利用しているため、100℃以上の高温を必要とする。同様に、特許文献2
に示される技術によれば、アルカリ水溶液を添加する必要があるため、ナトリウム、カリ
ウム等の不純物を含有し得る可能性がある。さらに、特許文献2によれば、濃度およびp
Hを詳細に調整する必要があるため、B−TiOを容易に製造することは困難である。
However, since the technique shown in Patent Document 1 uses sodium hydroxide as a starting material, the produced B-TiO 2 contains a small amount of sodium as an impurity. Moreover, since hydrothermal treatment is used, a high temperature of 100 ° C. or higher is required. Similarly, Patent Document 2
According to the technique shown in (2), since it is necessary to add an alkaline aqueous solution, there is a possibility that impurities such as sodium and potassium may be contained. Furthermore, according to Patent Document 2, the concentration and p
Since it is necessary to adjust H in detail, it is difficult to easily produce B—TiO 2 .

したがって、本発明の目的は、単相ブルッカイト型二酸化チタンの二次粒子、すなわち
団粒」(cluster)を容易に(すなわち、マイルドな条件下で)製造する方法を提供するこ
とである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for easily (ie, under mild conditions) producing single phase brookite-type titanium dioxide secondary particles, or clusters.

本発明のさらなる目的は、単相、かつ、単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒を容易
に(すなわち、マイルドな条件下で)製造する方法を提供することである。なお、本明細
書において、「単相ブルッカイト型二酸化チタンを製造する」とは、副生成物としてR−
TiOおよびA−TiOを含有せず、かつ、ナトリウム等の不純物を含有しないB−
TiOを製造することを意味することに留意されたい。また、本明細書において、「マ
イルドな条件下」とは、反応条件が100℃未満の温度であり、かつ、大気圧下のことを
意味することに留意されたい。
A further object of the present invention is to provide a method for easily (ie under mild conditions) producing single phase and monodisperse brookite type titanium dioxide aggregates. In the present specification, “manufacturing single-phase brookite-type titanium dioxide” means R− as a by-product.
B- does not contain TiO 2 and A-TiO 2 and does not contain impurities such as sodium
Note that it means producing TiO 2 . In addition, in this specification, it should be noted that “under mild conditions” means that the reaction conditions are a temperature of less than 100 ° C. and under atmospheric pressure.

本発明によるブルッカイト型二酸化チタンを製造する方法は、三塩化チタンと尿素とを
混合する工程であって、前記三塩化チタンの濃度[Ti3+](mol/L)と前記尿素
の濃度[urea](mol/L)とは、関係式10<[urea]/[Ti3+]<4
0を満たす、工程と、前記混合する工程で得られた混合水溶液を加熱し、水酸化チタン(
III)を析出させる工程と、前記析出された水酸化チタン(III)を酸化性雰囲気中
で洗浄する工程と、前記洗浄された水酸化チタン(III)を酸化性雰囲気中で乾燥させ
る工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
The method for producing brookite-type titanium dioxide according to the present invention is a step of mixing titanium trichloride and urea, the concentration of titanium trichloride [Ti 3+ ] (mol / L) and the concentration of urea [urea]. (Mol / L) is the relational expression 10 <[urea] / [Ti 3+ ] <4
The mixed aqueous solution obtained in the step of satisfying 0 and the step of mixing is heated, and titanium hydroxide (
III), a step of washing the deposited titanium hydroxide (III) in an oxidizing atmosphere, and a step of drying the washed titanium hydroxide (III) in an oxidizing atmosphere. To achieve the above objectives.

前記混合水溶液を作製する工程は、前記三塩化チタンの濃度[Ti3+](mol/L
)と前記尿素の濃度[urea](mol/L)とは、関係式20≦[urea]/[T
3+]≦35を満たすことがより好ましい。
In the step of preparing the mixed aqueous solution, the concentration of titanium trichloride [Ti 3+ ] (mol / L
) And the urea concentration [urea] (mol / L), the relational expression 20 ≦ [urea] / [T
It is more preferable to satisfy i 3+ ] ≦ 35.

前記析出させる工程は、前記混合水溶液を酸化性雰囲気中で70℃〜100℃の範囲の
温度で加熱してもよい。前記洗浄する工程は、前記析出された水酸化チタン(III)を
蒸留水で洗浄し、さらに無水エタノールを用いて洗浄してもよい。前記乾燥させる工程は
、前記洗浄された水酸化チタン(III)を80℃以上の温度で、2時間以上加熱させて
もよい。前記乾燥させる工程の後に、前記ブルッカイト型二酸化チタンを酸化性雰囲気中
で600℃未満の温度で8時間以下の時間アニールする工程をさらに包含してもよい。
In the precipitation step, the mixed aqueous solution may be heated in an oxidizing atmosphere at a temperature in the range of 70 ° C to 100 ° C. In the washing step, the precipitated titanium hydroxide (III) may be washed with distilled water and further washed with absolute ethanol. In the drying step, the washed titanium hydroxide (III) may be heated at a temperature of 80 ° C. or more for 2 hours or more. The step of drying may further include a step of annealing the brookite-type titanium dioxide in an oxidizing atmosphere at a temperature of less than 600 ° C. for a period of 8 hours or less.

本発明による単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒は、20〜30nmの結晶粒径を
有するブルッカイト型二酸化チタンナノ結晶からなり、これにより上記目的を達成する。
前記二酸化チタン団粒の粒径は、130nm〜170nmの範囲が好ましい。前記二酸化
チタン団粒の比表面積は、30m/g〜50m/gの範囲が好ましい。
The monodisperse brookite-type titanium dioxide aggregates according to the present invention are composed of brookite-type titanium dioxide nanocrystals having a crystal grain size of 20 to 30 nm, thereby achieving the above object.
The particle diameter of the titanium dioxide aggregate is preferably in the range of 130 nm to 170 nm. The specific surface area of the titanium dioxide crumb is preferably in the range of 30m 2 / g~50m 2 / g.

本発明によるブルッカイト型二酸化チタン団粒を用いた光触媒は、前記ブルッカイト型
二酸化チタン団粒が、20〜30nmの結晶粒径を有するブルッカイト型二酸化チタンナ
ノ結晶からなり、これにより上記目的を達成する。
The photocatalyst using the brookite-type titanium dioxide aggregate according to the present invention comprises the brookite-type titanium dioxide nanocrystal having a crystal grain size of 20 to 30 nm, thereby achieving the above object.

本発明によるブルッカイト型二酸化チタン団粒を用いたフォトニック結晶は、前記ブル
ッカイト型二酸化チタン団粒が、20〜30nmの結晶粒径を有するブルッカイト型二酸
化チタンナノ結晶からなり、これにより上記目的を達成する。
The photonic crystal using brookite-type titanium dioxide aggregates according to the present invention comprises the brookite-type titanium dioxide aggregates comprising brookite-type titanium dioxide nanocrystals having a crystal grain size of 20 to 30 nm, thereby achieving the above object. .

本発明によるブルッカイト型二酸化チタンを製造する方法は、所定量の三塩化チタンと
尿素とを混合する工程を包含する。上述の所定量とは、三塩化チタンの濃度[Ti3+
(mol/L)と尿素の濃度[urea](mol/L)とが、関係式10<[urea
]/[Ti3+]<40を満たす。このように出発原料として、三塩化チタンと尿素とを
使用するため、生成されたブルッカイト型二酸化チタン中にナトリウム等の不純物が含有
されることはない。
The method for producing brookite-type titanium dioxide according to the present invention includes a step of mixing a predetermined amount of titanium trichloride and urea. The above-mentioned predetermined amount is the concentration of titanium trichloride [Ti 3+ ].
(Mol / L) and urea concentration [urea] (mol / L) are expressed by the relational expression 10 <[urea
] / [Ti 3+ ] <40. Thus, since titanium trichloride and urea are used as starting materials, impurities such as sodium are not contained in the produced brookite-type titanium dioxide.

また、本発明による製造方法は、上述の混合する工程で得られた混合水溶液を加熱し、
水酸化チタン(III)を析出させる工程と、析出された水酸化チタン(III)を酸化
性雰囲気中で洗浄する工程と、洗浄された水酸化チタン(III)を酸化性雰囲気中で乾
燥させる工程とを包含する。いずれの工程においても、マイルドな条件下であるため、複
雑な温度制御、圧力制御等は不要であるため、B−TiOを製造するのが容易である。
Moreover, the manufacturing method according to the present invention heats the mixed aqueous solution obtained in the above-mentioned mixing step,
A step of precipitating titanium hydroxide (III), a step of washing the precipitated titanium hydroxide (III) in an oxidizing atmosphere, and a step of drying the washed titanium hydroxide (III) in an oxidizing atmosphere Including. In either process, because it is a mild condition, complicated temperature control, pressure control, etc. is not required, it is easy to produce the B-TiO 2.

また、本発明による製造方法によれば、R−TiOおよび/またはA−RiOを含
有することなく、かつ、ナトリウム等の不純物を含有することなく、単相のB−TiO
を容易に製造することができる。
Further, according to the production method of the present invention, single-phase B-TiO 2 without containing R-TiO 2 and / or A-RiO 2 and without containing impurities such as sodium.
Can be easily manufactured.

本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。図1は、本発明によるブルッカイト型
二酸化チタン(B−TiO)を製造する工程を示す図である。各工程を説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a process for producing brookite type titanium dioxide (B-TiO 2 ) according to the present invention. Each process will be described.

工程S110:三塩化チタンと尿素とを混合する。ここで、三塩化チタンの濃度[Ti
3+](mol/L)と尿素の濃度[urea](mol/L)とが、関係式10<[u
rea]/[Ti3+]<40を満たすように調整される。上記関係式を満たさない場合
、副生成物としてR−TiOまたはA−TiOが生成し得る。より好ましくは、三塩
化チタンの濃度[Ti3+](mol/L)と尿素の濃度[urea](mol/L)と
が、関係式20≦[urea]/[Ti3+]≦35を満たすように調整される。
Step S110: Mixing titanium trichloride and urea. Here, the concentration of titanium trichloride [Ti
3+ ] (mol / L) and the urea concentration [urea] (mol / L), the relational expression 10 <[u
rea] / [Ti 3+ ] <40. When the above relational expression is not satisfied, R-TiO 2 or A-TiO 2 can be generated as a by-product. More preferably, the concentration of titanium trichloride [Ti 3+ ] (mol / L) and the concentration of urea [urea] (mol / L) satisfy the relational expression 20 ≦ [urea] / [Ti 3+ ] ≦ 35. Adjusted to

工程S120:工程S110で得られた混合水溶液を加熱し、水酸化チタン(III)
を析出させる。ここで析出する水酸化チタン(III)の粒子の形状およびサイズ(すな
わち、粒径)を制御することにより、単分散状B−TiO団粒を得ることができる。こ
のような水酸化チタン(III)の粒子の形状およびサイズは、酸化性雰囲気、例えば大
気中、70℃以上かつ100℃未満の温度範囲の条件下で加熱を行うことによって制御さ
れ得る。70℃未満では、析出の進行が遅く、100℃以上では混合水溶液中の反応物質
が蒸発する虞があるため、望ましくない。なお、このような温度および雰囲気の制御を行
わない場合であっても、単相B−TiOが製造されることに留意されたい。
Step S120: The mixed aqueous solution obtained in Step S110 is heated to obtain titanium (III) hydroxide.
To precipitate. By controlling the shape and size (ie, particle size) of the titanium hydroxide (III) particles precipitated here, monodispersed B-TiO 2 aggregates can be obtained. The shape and size of such titanium (III) hydroxide particles can be controlled by heating in an oxidizing atmosphere, for example, air, in a temperature range of 70 ° C. or higher and lower than 100 ° C. If it is less than 70 ° C., the progress of precipitation is slow, and if it is 100 ° C. or more, the reactants in the mixed aqueous solution may evaporate. It should be noted that single-phase B—TiO 2 is produced even when such temperature and atmosphere control is not performed.

工程S130:工程S120で析出された水酸化チタン(III)を、水を用いて酸化
性雰囲気、例えば大気中で洗浄する。好ましくは、水は蒸留水であり得る。工程S130
に次いで、水酸化チタン(III)を無水エタノールで洗浄してもよい。
Step S130: Titanium (III) hydroxide precipitated in Step S120 is washed with water in an oxidizing atmosphere, for example, air. Preferably, the water can be distilled water. Step S130
Then, titanium (III) hydroxide may be washed with absolute ethanol.

工程S140:工程S130で洗浄された水酸化チタン(III)を酸化性雰囲気中で
乾燥させる。乾燥は、好ましくは、80℃以上の温度で2時間以上行われ得る。乾燥温度
の上限は特に限定されないが、80℃以上であれば相転移を生じない任意の温度が適用可
能である。ただし、一般的な加熱装置(ヒータ)を用いることを想定すれば、80℃以上
200℃以下が適用可能である。また、乾燥時間の上限は特に限定されないが、2時間以
上30時間以下で十分である。この結果、ナトリウム等の不純物を含有せず、かつ、R−
TiOおよび/またはA−TiOを含有しない、単相ブルッカイト型二酸化チタンが
得られる。
Step S140: Titanium hydroxide (III) washed in step S130 is dried in an oxidizing atmosphere. The drying can be preferably performed at a temperature of 80 ° C. or more for 2 hours or more. The upper limit of the drying temperature is not particularly limited, but any temperature that does not cause phase transition can be applied as long as it is 80 ° C. or higher. However, assuming that a general heating device (heater) is used, a temperature of 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower is applicable. Moreover, although the upper limit of drying time is not specifically limited, 2 hours or more and 30 hours or less are enough. As a result, it does not contain impurities such as sodium and R-
A single-phase brookite-type titanium dioxide containing no TiO 2 and / or A-TiO 2 is obtained.

上記工程S110〜工程S140によって単相B−TiOが製造される理由を、化学
式を用いて説明する。工程S110で調整された混合水溶液を工程S120で加熱するこ
とによって式(1)が成り立つ。
The reason why single-phase B-TiO 2 is produced by the above steps S110 to S140 will be described using chemical formulas. Formula (1) is realized by heating the mixed aqueous solution prepared in step S110 in step S120.

Ti3++OH(尿素の加水分解によって得られる)→Ti(OH)…(1)
工程S120で得られた水酸化チタン(III)は、工程S130および工程S140
で酸化され、式(2)および(3)が成り立つ。
Ti 3+ + OH (obtained by hydrolysis of urea) → Ti (OH) 3 (1)
The titanium hydroxide (III) obtained in step S120 is used in steps S130 and S140.
And the following formulas (2) and (3) are satisfied.

Ti(OH)+HO+O→Ti(OH)…(2)
Ti(OH)→TiO・2HO→TiO…(3)
なお、上式(2)および(3)の発生は、工程S130および工程S140において同
時に生じている場合があるため明確な区別をつけることができない。このように、出発原
料としてナトリウム等の不純物を含有しない、三塩化チタンと尿素とを用いることにより
、水熱処理を用いることなくマイルドな条件下において容易にB−TiOを製造するこ
とができる。
Ti (OH) 3 + H 2 O + O 2 → Ti (OH) 4 (2)
Ti (OH) 4 → TiO 2 · 2H 2 O → TiO 2 (3)
It should be noted that the occurrence of the above expressions (2) and (3) may occur simultaneously in step S130 and step S140, and thus cannot be clearly distinguished. Thus, by using titanium trichloride and urea that do not contain impurities such as sodium as starting materials, B-TiO 2 can be easily produced under mild conditions without using hydrothermal treatment.

次に、工程S120において、反応条件を適宜設定(酸化性雰囲気中、70℃以上10
0℃未満の温度)することによる、水酸化チタン(III)の粒子の形状およびサイズの
制御、すなわち、最終的に製造されるB−TiOの粒子の形状およびサイズの制御につ
いて説明する。単分散状粒子は、主に、核形成ステップと成長ステップとを明確に分離す
ることによって得られることが知られている。
Next, in step S120, reaction conditions are set as appropriate (in an oxidizing atmosphere, at 70 ° C. or higher and 10
The control of the shape and size of titanium hydroxide (III) particles, that is, the control of the shape and size of B-TiO 2 particles finally produced will be described. It is known that monodisperse particles are obtained mainly by clearly separating the nucleation step and the growth step.

B−TiOと同じ価数であるチタン(IV)塩を出発原料として用いた場合、極めて
急速な加水分解が生じるため、核形成ステップと成長ステップとを明確に分離することは
できないことが分かっている。しかしながら、本発明の方法は、チタン(IV)塩から直
接B−TiOを製造するのではなく、水酸化チタン(III)を介して製造する。した
がって、最終的に得られるB−TiOの粒子の形状およびサイズを制御するためには、
水酸化チタン(III)の粒子の形状およびサイズを制御することが必要である。
It turns out that when a titanium (IV) salt having the same valence as B-TiO 2 is used as a starting material, the nucleation step and the growth step cannot be clearly separated because hydrolysis occurs very rapidly. ing. However, the process of the present invention does not produce B—TiO 2 directly from a titanium (IV) salt, but rather via titanium (III) hydroxide. Therefore, in order to control the shape and size of the finally obtained B-TiO 2 particles,
It is necessary to control the shape and size of the titanium (III) hydroxide particles.

このように水酸化チタン(III)を介するのは、Ti3+のイオン半径(0.067
nm)がTi4+のイオン半径(0.0605nm)に比べて大きいことを利用するため
である。イオン半径が異なるため、Ti3+イオンに配位するOHイオンの数は、Ti
4+イオンに配位するOHイオンの数よりも多くなる。すなわち、Ti3+に配位する
OHイオンの限界濃度は、Ti4+に配位するOHイオンの限界濃度に比べて高くな
る。
In this way, the titanium hydroxide (III) passes through the ionic radius of Ti 3+ (0.067
(nm) is larger than the ionic radius of Ti 4+ (0.0605 nm). Since the ionic radii are different, the number of OH ions coordinated to Ti 3+ ions is Ti
More than the number of OH ions coordinated to 4+ ions. That is, the limit concentration of OH ions coordinated to Ti 3+ is higher than the limit concentration of OH ions coordinated to Ti 4+ .

したがって、Ti4+を用いた場合には、少量のOHイオンによって容易に核生成ス
テップが生じるため、OHイオン量の制御によって核生成ステップと成長ステップとを
分離することは困難となる。一方、Ti3+を用いた場合には、Ti4+の場合に比べて
核生成に必要なOHイオン量は多くなる。これは、核生成に必要なOHイオン量の制
御範囲が広いことを意味し、核生成ステップと成長ステップとを明確に分離することが容
易となる。
Therefore, when Ti 4+ is used, a nucleation step is easily generated by a small amount of OH ions, so that it is difficult to separate the nucleation step and the growth step by controlling the amount of OH ions. On the other hand, when Ti 3+ is used, the amount of OH ions necessary for nucleation is larger than in the case of Ti 4+ . This means that the control range of the amount of OH ions necessary for nucleation is wide, and it becomes easy to clearly separate the nucleation step and the growth step.

また、本発明においてOHイオンは、尿素の加水分解によって生成される。OH
オン量は、本発明による尿素の加水分解条件(酸化性雰囲気中、70℃以上100℃未満
の温度)下において、比較的なだらかに増加していく。このこともまた、核生成ステップ
と成長ステップとの分離に寄与し得る。このようにして、単分散Ti(OH)団粒が得
られる。
In the present invention, OH ions are generated by hydrolysis of urea. The amount of OH ions gradually increases comparatively under the hydrolysis conditions of urea according to the present invention (temperature in an oxidizing atmosphere and not lower than 70 ° C. and lower than 100 ° C.). This can also contribute to the separation of the nucleation step and the growth step. In this way, monodispersed Ti (OH) 3 aggregates are obtained.

得られた単分散Ti(OH)団粒に基づいて、上述の工程S130および工程S14
0によって、単分散B−TiO団粒が得られる。単分散B−TiO団粒は、ナノ結晶
B−TiOからなる。このようなナノ結晶B−TiOの平均結晶粒径の範囲は、20
〜30nmである。工程S130および工程S140によって、Ti3+がTi4+に酸
化されるため、Ti(OH)の体積等の変化は生じるが、単分散状の団粒は維持され得
ることに留意されたい。なお、本明細書において、「単分散」とは、得られるB−TiO
団粒の平均粒径が130nm〜170nmの範囲であることを意味する。
Based on the obtained monodispersed Ti (OH) 3 aggregate, the above-described step S130 and step S14 are performed.
By 0, monodisperse B—TiO 2 aggregates are obtained. Monodispersed B—TiO 2 aggregates consist of nanocrystalline B—TiO 2 . The range of the average crystal grain size of such nanocrystalline B—TiO 2 is 20
~ 30 nm. It should be noted that steps S130 and S140 oxidize Ti 3+ to Ti 4+ , so that changes such as the volume of Ti (OH) 3 occur, but monodispersed aggregates can be maintained. In this specification, “monodisperse” means B-TiO to be obtained.
It means that the average particle size of the two aggregates is in the range of 130 nm to 170 nm.

再度、図1に戻る。工程S150:工程S140で得られたB−TiOを酸化性雰囲
気、例えば、大気中でアニールする。このアニールによって、単分散B−TiOの結晶
性を向上させることができる。詳細には、単分散B−TiO団粒を構成するナノ結晶T
iOの結晶粒径を大きくすることができる。このようなアニール条件は、酸化性雰囲気
中、600℃未満の温度で8時間以下行われる。アニール温度の下限を設けていないが、
工程S140の乾燥に用いられる温度よりも高い温度であれば、アニールの効果が得られ
得る。アニール時間が8時間を超えると、R−TiOが析出する可能性がある。アニー
ル時間が8時間以下であれば問題ないが、好ましくは、工程S140の乾燥時間以上であ
れば、アニールの効果が得られる。
Returning again to FIG. Step S150: B-TiO 2 obtained in Step S140 is annealed in an oxidizing atmosphere, for example, air. By this annealing, the crystallinity of monodispersed B—TiO 2 can be improved. Specifically, the nanocrystal T constituting monodispersed B-TiO 2 aggregates
The crystal grain size of iO 2 can be increased. Such annealing conditions are performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of less than 600 ° C. for 8 hours or less. Although there is no lower limit of annealing temperature,
If the temperature is higher than the temperature used for drying in step S140, the effect of annealing can be obtained. When the annealing time exceeds 8 hours, R-TiO 2 may be precipitated. There is no problem if the annealing time is 8 hours or less, but preferably, if the drying time is longer than the drying time in step S140, the effect of annealing can be obtained.

次に、実施例を述べるが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Next, examples will be described, but the present invention is not limited to these examples.

0.015mol/Lの三塩化チタン(TiCl)と0.5mol/Lの尿素とを混
合し、2000mL混合水溶液を調製した。ここで、TiClの濃度[Ti3+](m
ol/L)と尿素[urea](mol/L)との関係は、[urea]/[Ti3+
=34であった。調製された混合水溶液は、紫色であった。調製された混合水溶液を温度
コントローラが設けられたホットプレートで70±1℃で40分間加熱した。その後、ホ
ットプレートを70±1℃に維持した状態で2時間保持し、水酸化チタン(III)を析
出させた。混合水溶液は、70±1℃の温度で析出後も紫色であった。
0.015 mol / L titanium trichloride (TiCl 3 ) and 0.5 mol / L urea were mixed to prepare a 2000 mL mixed aqueous solution. Here, the concentration of TiCl 3 [Ti 3+ ] (m
ol / L) and urea [urea] (mol / L): [urea] / [Ti 3+ ]
= 34. The prepared mixed aqueous solution was purple. The prepared mixed aqueous solution was heated on a hot plate provided with a temperature controller at 70 ± 1 ° C. for 40 minutes. Thereafter, the hot plate was maintained at 70 ± 1 ° C. for 2 hours to deposit titanium (III) hydroxide. The mixed aqueous solution was purple even after precipitation at a temperature of 70 ± 1 ° C.

析出した水酸化チタン(III)を0.2μmメンブレンを用いて、吸着フィルタリン
グを行った。回収された水酸化チタン(III)粒子は、紫色であった。回収された水酸
化チタン(III)粒子を蒸留水で4回洗浄した。次いで、水酸化チタン(III)粒子
を無水エタノールで洗浄した。その後、洗浄された水酸化チタン(III)粒子を、ホッ
トプレートを用いて大気中100℃、24時間乾燥させた。乾燥後に得られた粉末は、黄
色がかった白色であり、これは典型的なTiOの色であった。
The deposited titanium hydroxide (III) was subjected to adsorption filtering using a 0.2 μm membrane. The recovered titanium (III) hydroxide particles were purple. The recovered titanium (III) hydroxide particles were washed four times with distilled water. The titanium (III) hydroxide particles were then washed with absolute ethanol. Thereafter, the washed titanium (III) hydroxide particles were dried in the atmosphere at 100 ° C. for 24 hours using a hot plate. The powder obtained after drying was yellowish white, which was a typical TiO 2 color.

Phillips PW1800X−Ray回折装置(Phillips Resea
rch Laboratories,Netherlands)によるX線回折法、およ
び、NR−1800機器(JASCO,Tokyo,Japan)によるラマン分光法を
用いて、最終生成粉末の同定を行った。X線回折装置の動作条件は、Cu−Kα線を用い
て、40kV/50mA、0.5°2θ/分の走査速度であった。ラマン分光は、光源出
力20mWおよび解像度1cm−1でArレーザ(波長514.5nm)を用いた。
Phillips PW1800X-Ray Diffractometer (Phillips Resa
The final product powder was identified using X-ray diffractometry by rch Laboratories, Netherlands and Raman spectroscopy by NR-1800 instrument (JASCO, Tokyo, Japan). The operating conditions of the X-ray diffractometer were a scanning speed of 40 kV / 50 mA and 0.5 ° 2θ / min using Cu-Kα rays. For Raman spectroscopy, an Ar + laser (wavelength 514.5 nm) was used with a light source output of 20 mW and a resolution of 1 cm −1 .

最終生成粉末の比表面積は、BET一点法(Model4201,Beta Scie
ntific Corp.,Albertson,U.S.A)を用いて、77Kにおい
て窒素化学吸着を介して測定された。電界放出形走査電子顕微鏡(S−5000,Hit
achi,Tokyo,Japan)およびJOEL FEM−3000透過型電子顕微
鏡を用いて、最終生成粉末の観察を行った。なお、加速電圧は、それぞれ、10kVおよ
び300kVであった。以上の結果を表1および図2〜3に示し、後述する。
The specific surface area of the final powder is determined by the BET single point method (Model4201, Beta Scie
ntific Corp. Albertson, U.S.A. S. A) and measured via nitrogen chemisorption at 77K. Field Emission Scanning Electron Microscope (S-5000, Hit
(Achi, Tokyo, Japan) and JOEL FEM-3000 transmission electron microscope were used to observe the final powder. The acceleration voltages were 10 kV and 300 kV, respectively. The above results are shown in Table 1 and FIGS.

0.03mol/Lの三塩化チタン(TiCl)と0.6mol/Lの尿素とを混合
し、2000mL混合水溶液を調製した。ここで、TiClの濃度[Ti3+](mo
l/L)と尿素[urea](mol/L)との関係は、[urea]/[Ti3+]=
20であった。混合水溶液の濃度が異なる以外は、実施例1と同一であるため、説明を省
略する。結果を表1に示し、後述する。
0.03 mol / L titanium trichloride (TiCl 3 ) and 0.6 mol / L urea were mixed to prepare a 2000 mL mixed aqueous solution. Here, the concentration of TiCl 3 [Ti 3+ ] (mo
l / L) and urea [urea] (mol / L): [urea] / [Ti 3+ ] =
It was 20. Since it is the same as Example 1 except the density | concentrations of mixed aqueous solution differing, description is abbreviate | omitted. The results are shown in Table 1 and will be described later.

(比較例1)
0.015mol/Lの三塩化チタン(TiCl)と0.15mol/Lの尿素とを
混合し、2000mL混合水溶液を調製した。ここで、TiClの濃度[Ti3+](
mol/L)と尿素[urea](mol/L)との関係は、[urea]/[Ti3+
]=10であった。混合水溶液の濃度が異なる以外は、実施例1と同一であるため、説明
を省略する。結果を表1に示し、後述する。
(Comparative Example 1)
0.015 mol / L titanium trichloride (TiCl 3 ) and 0.15 mol / L urea were mixed to prepare a 2000 mL mixed aqueous solution. Here, the concentration of TiCl 3 [Ti 3+ ] (
mol / L) and urea [urea] (mol / L): [urea] / [Ti 3+
] = 10. Since it is the same as Example 1 except the density | concentrations of mixed aqueous solution differing, description is abbreviate | omitted. The results are shown in Table 1 and will be described later.

(比較例2)
0.0125mol/Lの三塩化チタン(TiCl)と0.5mol/Lの尿素とを
混合し、2000mL混合水溶液を調製した。ここで、TiClの濃度[Ti3+](
mol/L)と尿素[urea](mol/L)との関係は、[urea]/[Ti3+
]=40であった。混合水溶液の濃度が異なる以外は、実施例1と同一であるため、説明
を省略する。結果を表1に示し、後述する。
(Comparative Example 2)
0.0125 mol / L titanium trichloride (TiCl 3 ) and 0.5 mol / L urea were mixed to prepare a 2000 mL mixed aqueous solution. Here, the concentration of TiCl 3 [Ti 3+ ] (
mol / L) and urea [urea] (mol / L): [urea] / [Ti 3+
] = 40. Since it is the same as Example 1 except the density | concentrations of mixed aqueous solution differing, description is abbreviate | omitted. The results are shown in Table 1 and will be described later.

実施例1で得られた最終生成粉末を大気中500℃で2時間アニールした。アニールし
た粉末の触媒特性を評価した。光源出力20mW/cmの200WのHg−Xeランプ
(波長λmax=365nm)を用いて、UV照射下でのアセトアルデヒドの分解量を測
定することによって触媒特性を評価した。結果を表1および図1〜図5に示し、後述する
The final product powder obtained in Example 1 was annealed in air at 500 ° C. for 2 hours. The catalytic properties of the annealed powder were evaluated. Using a 200 W Hg-Xe lamp (wavelength λmax = 365 nm) with a light source output of 20 mW / cm 2, the catalytic properties were evaluated by measuring the amount of acetaldehyde decomposed under UV irradiation. The results are shown in Table 1 and FIGS. 1 to 5 and will be described later.

(比較例3)
実施例1で得られた最終生成粉末を大気中600℃で2時間アニールした。それ以外は
、実施例1と同一であるため、説明を省略する。結果を表1および図1〜図3に示し、後
述する。
(Comparative Example 3)
The final product powder obtained in Example 1 was annealed in air at 600 ° C. for 2 hours. Since other than that is the same as Example 1, description is abbreviate | omitted. The results are shown in Table 1 and FIGS.

Figure 0004411385
図2は、本発明による単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒のX線回折パターンを示
す図である。図2(a)は、実施例1で得られた粉末のX線回折パターンである。粉末の
X線回折パターン(回折ピークおよびピーク強度)は、B−TiO(JCPDS:29
−1360)に良好な一致を示した。なお、R−TiOおよび/またはA−TiO
該当する回折ピークは検出されなかった。これにより、実施例1で得られた粉末が単相B
−TiO粉末であることが確認された。
Figure 0004411385
FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of monodisperse brookite type titanium dioxide aggregates according to the present invention. 2A is an X-ray diffraction pattern of the powder obtained in Example 1. FIG. The X-ray diffraction pattern (diffraction peak and peak intensity) of the powder is B-TiO 2 (JCPDS: 29
-1360) showed good agreement. The diffraction peaks corresponding to the R-TiO 2 and / or A-TiO 2 was not detected. As a result, the powder obtained in Example 1 became single phase B.
-TiO it was confirmed that the 2 powders.

粉末の格子定数をリートベルド法を用いて算出した結果、a=0.54421±0.0
0083nm、b=0.91679±0.00184nmおよびc=0.51319±0
.00074nmであった。これらの値は、報告されている値(JCPDS:29−13
60,a=0.54558nm、b=0.91849nmおよびc=0.51429nm
)にほぼ一致した。このことからも、実施例1で得られた粉末は、酸素欠損等による格子
歪みのない単相B−TiOが得られたと言える。
As a result of calculating the lattice constant of the powder using the Rietveld method, a = 0.544421 ± 0.0
0083 nm, b = 0.01679 ± 0.00184 nm and c = 0.51319 ± 0
. 00007 nm. These values are reported values (JCPDS: 29-13).
60, a = 0.54558 nm, b = 0.91849 nm and c = 0.51429 nm
). From this, it can be said that the powder obtained in Example 1 obtained single-phase B—TiO 2 free from lattice distortion due to oxygen deficiency or the like.

図2(b)は、実施例3で得られた粉末(すなわち、実施例1で得られたB−TiO
を大気中500℃で2時間アニールした粉末)のX線回折パターンである。図2(b)の
X線回折パターンは図2(a)のX線回折パターンと同様である。
FIG. 2B shows the powder obtained in Example 3 (that is, B-TiO 2 obtained in Example 1).
Is an X-ray diffraction pattern of powder annealed at 500 ° C. for 2 hours in the atmosphere. The X-ray diffraction pattern in FIG. 2B is the same as the X-ray diffraction pattern in FIG.

図2(c)は、比較例3で得られた粉末(すなわち、実施例1で得られたB−TiO
を大気中600℃で2時間アニールした粉末)のX線回折パターンである。図2(c)に
示されるX線回折パターンには、B−TiOを示す回折パターンに加えて、R−TiO
を示す回折パターン(例えば、(110)、(101)、(200)、(111)、(
210)、(211)および(220))が存在した。図2(b)および図2(c)より
、600℃以上の温度でB−TiOはR−TiOに相転移することが分かった。した
がって、as−madeのB−TiOは、600℃未満でアニールすることが望ましい
ことが分かる。
FIG. 2C shows the powder obtained in Comparative Example 3 (that is, B-TiO 2 obtained in Example 1).
Is an X-ray diffraction pattern of a powder annealed at 600 ° C. for 2 hours in the atmosphere. In addition to the diffraction pattern showing B-TiO 2 , the X-ray diffraction pattern shown in FIG.
2 (for example, (110), (101), (200), (111), (
210), (211) and (220)). 2 (b) and 2 (c), it was found that B-TiO 2 undergoes a phase transition to R-TiO 2 at a temperature of 600 ° C. or higher. Therefore, it can be seen that the as-made B-TiO 2 is preferably annealed at less than 600 ° C.

再度、表1を参照し、出発原料の好ましいモル比について説明する。実施例1、2およ
び比較例1、2から、出発原料三塩化チタン(TiCl)と尿素とのモル比は、10<
[urea]/[Ti3+]<40であることが分かる。この範囲を超えると、副生成物
としてR−TiOまたはA−TiOが生成することがX線回折により確認された。好
ましくは、三塩化チタン(TiCl)と尿素とのモル比は、20≦[urea]/[T
3+]≦35である。
Again, referring to Table 1, the preferred molar ratio of the starting materials will be described. From Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the molar ratio of the starting material titanium trichloride (TiCl 3 ) to urea is 10 <
It can be seen that [urea] / [Ti 3+ ] <40. Beyond this range, it was confirmed by X-ray diffraction that R-TiO 2 or A-TiO 2 was produced as a by-product. Preferably, the molar ratio of titanium trichloride (TiCl 3 ) to urea is 20 ≦ [urea] / [T
i 3+ ] ≦ 35.

次に、生成されたB−TiOの平均ナノ結晶粒径について説明する。平均ナノ結晶粒
径は、単位格子(121)回折ピークに対して広角X線回折を行い、シェラー(Sche
rrer)の式を用いて求めた。実施例1および実施例2で得られたB−TiOは、い
ずれも25nmであった。一方、実施例3で得られたB−TiOは、30nmであった
。この結果、B−TiOナノ結晶の粒径は、出発原料のモル比に依存しないが、アニー
ル温度に依存することが分かった。アニールすることにより、B−TiOナノ結晶は粒
成長した。このことは、アニール条件を最適化することにより、B−TiOナノ結晶の
結晶粒径を制御することができることを示唆している。
Next, the average nanocrystal grain size of the produced B—TiO 2 will be described. The average nanocrystal grain size was determined by performing wide-angle X-ray diffraction on the unit cell (121) diffraction peak, and Scherrer
rrer). B-TiO 2 obtained in Example 1 and Example 2 was both 25 nm. On the other hand, B-TiO 2 obtained in Example 3 was 30 nm. As a result, it was found that the particle size of the B—TiO 2 nanocrystals did not depend on the molar ratio of the starting materials, but depended on the annealing temperature. By annealing, the B—TiO 2 nanocrystals were grown. This suggests that the crystal grain size of the B—TiO 2 nanocrystals can be controlled by optimizing the annealing conditions.

図3は、本発明による単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒のラマンスペクトルを示
す図である。図3(a)は、実施例1で得られた粉末のラマンスペクトルである。B−T
iOを示す128、153、247、322および636cm−1のピークが確認され
た。なお、R−TiOおよび/またはA−TiOに該当する回折ピークは検出されな
かった。これにより、実施例1で得られた粉末が単相B−TiO粉末であることが確認
された。
FIG. 3 is a diagram showing a Raman spectrum of monodisperse brookite type titanium dioxide aggregates according to the present invention. FIG. 3A is a Raman spectrum of the powder obtained in Example 1. BT
Peaks at 128, 153, 247, 322 and 636 cm −1 indicating iO 2 were observed. The diffraction peaks corresponding to the R-TiO 2 and / or A-TiO 2 was not detected. This confirmed that the powder obtained in Example 1 was a single-phase B-TiO 2 powder.

図3(b)は、実施例3で得られた粉末(すなわち、実施例1で得られたB−TiO
を大気中500℃で2時間アニールした粉末)のラマンスペクトルである。図3(b)の
ラマンスペクトルは図3(a)のラマンスペクトルと同様である。
FIG. 3 (b) shows the powder obtained in Example 3 (that is, B-TiO 2 obtained in Example 1).
Is a Raman spectrum of a powder annealed at 500 ° C. for 2 hours in the atmosphere. The Raman spectrum in FIG. 3B is the same as the Raman spectrum in FIG.

図3(c)は、比較例3で得られた粉末(すなわち、実施例1で得られたB−TiO
を大気中600℃で2時間アニールした粉末)のラマンスペクトルである。図3(c)に
示されるラマンスペクトルには、B−TiOを示すピークに加えて、R−TiOを示
すピーク(例えば、143、235、449および610cm−1)が存在した。図3(
b)および図3(c)より、600℃以上の温度でB−TiOはR−TiOに相転移
することが分かった。したがって、as−madeのB−TiOは、600℃未満でア
ニールすることが望ましいことが分かる。以上の結果は、図2に示されるX線回折の結果
に完全に一致した。
FIG. 3 (c) shows the powder obtained in Comparative Example 3 (that is, B-TiO 2 obtained in Example 1).
Is a Raman spectrum of powder annealed at 600 ° C. for 2 hours in the atmosphere. In the Raman spectrum shown in FIG. 3 (c), peaks indicating R—TiO 2 (for example, 143, 235, 449, and 610 cm −1 ) existed in addition to the peak indicating B—TiO 2 . FIG.
From b) and FIG. 3 (c), it was found that B-TiO 2 undergoes a phase transition to R-TiO 2 at a temperature of 600 ° C. or higher. Therefore, it can be seen that the as-made B-TiO 2 is preferably annealed at less than 600 ° C. The above results completely matched the X-ray diffraction results shown in FIG.

図3(d)は、実施例1で得られた粉末を大気中700℃で2時間アニールした粉末の
ラマンスペクトルである。700℃のアニールによって、B−TiOは完全にR−Ti
に転移することを確認した。
FIG. 3 (d) is a Raman spectrum of the powder obtained by annealing the powder obtained in Example 1 at 700 ° C. for 2 hours in the atmosphere. By annealing at 700 ° C., B—TiO 2 is completely R—Ti.
The transition to O 2 was confirmed.

図4は、本発明による単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒のSEM写真およびTE
M写真を示す図である。図4(a)は、実施例1で得られた粉末のSEM写真である。得
られた粉末の粒子は、実質的に球形であり、サイズおよび形状ともに均一であることが確
認された。なお、本明細書において、「実質的に球形である」とは、完全な球形でないが
、それによって、本発明のB−TiO粉末を使用した応用例に影響を及ぼさない程度で
あることを言うことに留意されたい。
FIG. 4 is an SEM photograph and TE of monodisperse brookite type titanium dioxide aggregates according to the present invention.
It is a figure which shows M photograph. 4A is an SEM photograph of the powder obtained in Example 1. FIG. It was confirmed that the particles of the obtained powder were substantially spherical and uniform in size and shape. In the present specification, “substantially spherical” means that it is not completely spherical but does not affect the application example using the B—TiO 2 powder of the present invention. Note what you say.

図4(b)は、実施例1で得られた粉末のTEM写真である。実施例1で得られた球形
の粉末は、薄い板状B−TiOナノ結晶からなる団粒であることを確認した。
FIG. 4B is a TEM photograph of the powder obtained in Example 1. The spherical powder obtained in Example 1 was confirmed to be aggregates composed of thin plate-like B—TiO 2 nanocrystals.

図4(c)は、実施例3で得られた粉末(すなわち、実施例1で得られたB−TiO
を大気中500℃で2時間アニールした粉末)のTEM写真である。図4(b)と同様に
、団粒の粒径に大きな変化は見られなかったが、団粒を構成するB−TiOナノ結晶に
は粒成長が見られた。
FIG. 4 (c) shows the powder obtained in Example 3 (that is, B-TiO 2 obtained in Example 1).
Is a TEM photograph of a powder annealed for 2 hours at 500 ° C. in the atmosphere. As in FIG. 4B, no significant change was observed in the particle size of the aggregate, but grain growth was observed in the B—TiO 2 nanocrystals constituting the aggregate.

図4(b)および図4(c)に示されるTEM写真から本発明によるB−TiO団粒
の平均粒径を求めた。平均粒径は、任意に選択された200団粒の直径を計測することに
よって求めた。この結果、表1に示されるように、B−TiO団粒の平均粒径は、出発
原料のモル比およびアニール温度の依存性がないことが分かった。
The average particle diameter of B-TiO 2 aggregates according to the present invention was determined from the TEM photographs shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c). The average particle diameter was determined by measuring the diameter of 200 aggregates arbitrarily selected. As a result, as shown in Table 1, it was found that the average particle diameter of the B—TiO 2 aggregates was not dependent on the molar ratio of the starting materials and the annealing temperature.

以上の結果より、B−TiOナノ結晶からなるas−madeおよびアニールしたB
−TiO団粒は、非凝集性であるため、超音波を用いて容易に水またはエタノールに分
散され得ることが分かった。すなわち、本発明によるB−TiO団粒は、任意の界面活
性剤等を加えることなく安定なゾルを形成することができる。このような特徴は、例えば
、コロイド結晶およびフォトニック結晶等を製造する場合に有利である。
From the above results, as-made of B-TiO 2 nanocrystals and annealed B
-TiO 2 crumb are the non-cohesive, it was found that can be dispersed in readily water or ethanol using ultrasound. That is, the B-TiO 2 aggregate according to the present invention can form a stable sol without adding any surfactant or the like. Such a feature is advantageous when, for example, colloidal crystals and photonic crystals are produced.

再度、表1を参照し、比表面積について説明する。得られた単分散ブルッカイト型二酸
化チタン団粒の比表面積は、いずれも30〜50m/gの範囲であった。実施例1およ
び実施例3の結果より、アニールを行うことにより、比表面積は、低減する傾向があるこ
とが分かった。これは、アニールによって団粒を構成するB−TiOナノ結晶は粒成長
するが、団粒そのものの粒径は変化しないため、団粒中に存在していた欠陥がなくなり比
表面積が低減するためである。アニール条件を適宜設定することにより所望の比表面積を
有する単分散二酸化チタン団粒を得ることができる。図5は、本発明による単分散ブルッ
カイト型二酸化チタン団粒の触媒特性示す図である。
Again referring to Table 1, the specific surface area will be described. The specific surface area of the obtained monodisperse brookite-type titanium dioxide aggregates was in the range of 30 to 50 m 2 / g. From the results of Example 1 and Example 3, it was found that the specific surface area tends to decrease by annealing. This is because B-TiO 2 nanocrystals constituting aggregates grow by annealing, but the particle size of the aggregates themselves does not change, so the defects existing in the aggregates disappear and the specific surface area decreases. It is. By appropriately setting the annealing conditions, monodispersed titanium dioxide aggregates having a desired specific surface area can be obtained. FIG. 5 is a graph showing the catalytic properties of monodisperse brookite type titanium dioxide aggregates according to the present invention.

本発明による方法によって得られた単分散B−TiO団粒の触媒特性を、アセトアル
デヒドの分解によって生成されるCOの収率(%)を測定することによって調べた。黒
丸は、実施例1で得られた粉末を大気中250℃で2時間アニールした粉末の結果であり
、白丸は、実施例3で得られた粉末の結果である。図5に示されるようにいずれも良好な
触媒特性を示した。
The catalytic properties of monodisperse B-TiO 2 Dan grains obtained by the process according to the invention was investigated by measuring the yield (%) CO 2 produced by the decomposition of acetaldehyde. The black circle is the result of the powder obtained by annealing the powder obtained in Example 1 at 250 ° C. for 2 hours in the atmosphere, and the white circle is the result of the powder obtained in Example 3. As shown in FIG. 5, all showed good catalytic properties.

なお、500℃でアニールしたB−TiO団粒の触媒特性が、250℃でアニールし
たB−TiO団粒の触媒特性よりも高いのは、500℃でアニールされたB−TiO
団粒を構成するB−TiOナノ結晶の結晶粒径が、250℃でアニールされたB−Ti
団粒を構成するB−TiOナノ結晶の結晶粒径よりも大きい(すなわち、結晶性が
高い)ためである。このことは、B−TiOナノ結晶の結晶性をさらに改善することに
より、より高い触媒特性が期待できることを示唆している。
Incidentally, catalytic properties of annealed B-TiO 2 Dan grains 500 ° C. is, 250 ° C. to greater than catalytic properties of the annealed B-TiO 2 Dan grains is annealed B-TiO 2 at 500 ° C.
The crystal grain size of the B-TiO 2 nanocrystals constituting the aggregate is B-Ti annealed at 250 ° C.
This is because it is larger than the crystal grain size of the B—TiO 2 nanocrystals constituting the O 2 aggregate (that is, the crystallinity is high). This suggests that higher catalytic properties can be expected by further improving the crystallinity of the B—TiO 2 nanocrystals.

また、本発明による単分散B−TiO団粒の粒径は、現在市販されている光触媒(例
えば、Degussa P-25)の粒径と比較して、大きい。このことは、本発明によ
る単分散B−TiO団粒を光触媒として有機溶媒等を含有する水溶液中に用いた際に、
水と単分散B−TiO団粒との分離が容易である。これにより、光触媒を分離するため
に従来必要とされていたフィルタ径よりも大きなフィルタ径が許容されるので、フィルタ
選択範囲を広げることができるだけでなく、光触媒の分離効率を向上させることができる
。以上の結果より本発明による方法で得られた単分散B−TiO団粒が光触媒として用
いることができることが分かった。
In addition, the particle size of the monodispersed B-TiO 2 aggregate according to the present invention is larger than the particle size of a currently commercially available photocatalyst (eg, Degussa P-25). This means that when the monodispersed B-TiO 2 aggregate according to the present invention is used in an aqueous solution containing an organic solvent or the like as a photocatalyst,
Separation of water and monodispersed B—TiO 2 aggregates is easy. Thereby, since a filter diameter larger than the filter diameter conventionally required for separating the photocatalyst is allowed, not only the filter selection range can be expanded, but also the separation efficiency of the photocatalyst can be improved. From the above results, it was found that monodispersed B—TiO 2 aggregates obtained by the method according to the present invention can be used as a photocatalyst.

光の波長を有する空間格子をもつ規則性のある誘電性材料は、フォトニックなバンドギ
ャップを形成する。このようなフォトニックバンドギャップを有する材料は、結晶の周期
構造と同程度の波長を有する特定の方向の電磁波に対して、完全反射を示すいわゆるフォ
トニックな材料である。可視と赤外領域において、マクロ多孔性材料はフォトニックな材
料として研究されている。しかしながら、強いフォトニック特性を示すためには、そのフ
ォトニック材料が、空気の屈折率の少なくとも2倍の屈折率を有する材料によって構成さ
れる必要がある。
A regular dielectric material with a spatial grating having the wavelength of light forms a photonic band gap. Such a material having a photonic band gap is a so-called photonic material that exhibits complete reflection with respect to an electromagnetic wave in a specific direction having a wavelength similar to that of the periodic structure of the crystal. In the visible and infrared regions, macroporous materials have been studied as photonic materials. However, in order to exhibit strong photonic properties, the photonic material needs to be composed of a material having a refractive index at least twice that of air.

このようなフォトニック材料として、本発明による単分散B−TiO団粒およびその
ナノ結晶が有効である。良質なフォトニック結晶を得るためには、均一な粒径を有するナ
ノ結晶を用いる必要がある。また、良好なフォトニック特性を得るためには、フォトニッ
ク材料の屈折率は高い方がよい。現在、例えば、シリカを用いたフォトニック結晶および
A−TiOを用いたフォトニック結晶が知られている。本発明による単分散B−TiO
団粒およびそのナノ結晶は、シリカおよびA−TiOよりも高い屈折率を有し、また
、均一な粒径を有するナノ結晶であるため、フォトニック結晶の製造を容易にし得る。
As such a photonic material, monodispersed B—TiO 2 aggregates and their nanocrystals according to the present invention are effective. In order to obtain a high-quality photonic crystal, it is necessary to use nanocrystals having a uniform particle size. In order to obtain good photonic characteristics, the refractive index of the photonic material should be higher. Currently, for example, a photonic crystal using silica and a photonic crystal using A-TiO 2 are known. Monodispersed B-TiO according to the present invention
The two aggregates and the nanocrystals have a higher refractive index than silica and A-TiO 2 and can be easily manufactured as photonic crystals because they are nanocrystals having a uniform particle size.

本発明による製造方法によれば、R−TiOおよび/またはA−RiOを含有するこ
となく、かつ、ナトリウム等の不純物を含有することなく、単相のB−TiOを容易に
製造することができる。このようにして得られた本発明による単分散B−TiO団粒は
、光触媒およびフォトニック結晶として応用可能である。
According to the production method of the present invention, single-phase B-TiO 2 is easily produced without containing R-TiO 2 and / or A-RiO 2 and without containing impurities such as sodium. be able to. The monodispersed B—TiO 2 aggregates according to the present invention thus obtained can be applied as a photocatalyst and a photonic crystal.

本発明によるブルッカイト型二酸化チタン(B−TiO)を製造する工程を示す図。It shows a process for producing brookite-type titanium dioxide according to the present invention (B-TiO 2). (a),(b),(c)はそれぞれ、本発明の実施例1、実施例3、比較例3により得られた単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒のX線回折パターンを示す図。(A), (b), (c) is a figure which respectively shows the X-ray-diffraction pattern of the monodisperse brookite type titanium dioxide aggregate obtained by Example 1, Example 3, and Comparative Example 3 of this invention. (a),(b),(c),(d)はそれぞれ、本発明の実施例1、実施例3、比較例3により得られた単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒及び実施例1により得られた粉末を700℃でアニールした粉末のラマンスペクトルを示す図。(A), (b), (c), (d) are obtained by monodisperse brookite type titanium dioxide aggregates obtained in Example 1, Example 3 and Comparative Example 3 of the present invention and Example 1, respectively. The figure which shows the Raman spectrum of the powder which annealed the obtained powder at 700 degreeC. (a)は本発明の実施例1により得られた単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒の図面代用SEM写真、(b)、(c)はそれぞれ、実施例1および実施例3により得られた単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒の図面代用TEM写真を示す図。(A) is a drawing-substitute SEM photograph of monodisperse brookite-type titanium dioxide aggregates obtained in Example 1 of the present invention, and (b) and (c) are single units obtained in Example 1 and Example 3, respectively. The figure which shows the drawing substitute TEM photograph of a dispersion | distribution brookite type titanium dioxide aggregate. 本発明の実施例1(黒丸)及び実施例3(白丸)により得られた単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒の触媒特性示す図。The figure which shows the catalyst characteristic of the monodisperse brookite type | mold titanium dioxide aggregate obtained by Example 1 (black circle) and Example 3 (white circle) of this invention. 従来技術によるB−TiOを製造する工程を示す図。It shows a process for producing a B-TiO 2 according to the prior art.

Claims (11)

ブルッカイト型二酸化チタンを製造する方法であって、
三塩化チタンと尿素とを混合する工程であって、前記三塩化チタンの濃度[Ti3+
(mol/L)と前記尿素の濃度[urea](mol/L)とは、関係式10<[ur
ea]/[Ti3+]<40を満たす、工程と、
前記混合する工程で得られた混合水溶液を加熱し、水酸化チタン(III)を析出させ
る工程と、
前記析出された水酸化チタン(III)を酸化性雰囲気中で水を用いて洗浄する工程と

前記洗浄された水酸化チタン(III)を酸化性雰囲気中で乾燥させる工程と
を包含する、方法。
A method for producing brookite-type titanium dioxide,
A step of mixing titanium trichloride and urea, the concentration of titanium trichloride [Ti 3+ ]
(Mol / L) and the urea concentration [urea] (mol / L) are represented by the relational expression 10 <[ur
ea] / [Ti 3+ ] <40,
Heating the mixed aqueous solution obtained in the mixing step to precipitate titanium (III) hydroxide;
Washing the precipitated titanium hydroxide (III) with water in an oxidizing atmosphere;
Drying the washed titanium (III) hydroxide in an oxidizing atmosphere.
前記混合水溶液を作製する工程は、前記三塩化チタンの濃度[Ti3+](mol/L
)と前記尿素の濃度[urea](mol/L)とは、関係式20≦[urea]/[T
3+]≦35を満たすように、前記三塩化チタンと前記尿素とを混合する、請求項1に
記載の方法。
In the step of preparing the mixed aqueous solution, the concentration of titanium trichloride [Ti 3+ ] (mol / L
) And the urea concentration [urea] (mol / L), the relational expression 20 ≦ [urea] / [T
The method according to claim 1, wherein the titanium trichloride and the urea are mixed so as to satisfy i 3+ ] ≦ 35.
前記析出させる工程は、前記混合水溶液を酸化性雰囲気中で70℃〜100℃の範囲の
温度で加熱する、請求項1に記載の方法。
The method of claim 1, wherein the step of precipitating heats the mixed aqueous solution at a temperature in the range of 70 ° C. to 100 ° C. in an oxidizing atmosphere.
前記水は蒸留水であり、前記洗浄する工程の後に、無水エタノールを用いて前記析出さ
れた水酸化チタン(III)を洗浄する工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the water is distilled water, and further comprising a step of washing the deposited titanium hydroxide (III) with absolute ethanol after the washing step.
前記乾燥させる工程は、前記洗浄された水酸化チタン(III)を80℃以上の温度で
、2時間以上加熱する、請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the drying step, the washed titanium hydroxide (III) is heated at a temperature of 80 ° C. or more for 2 hours or more.
前記乾燥させる工程の後に、前記ブルッカイト型二酸化チタンを酸化性雰囲気中で60
0℃未満の温度で8時間以下の時間アニールする工程をさらに包含する、請求項1に記載
の方法。
After the drying step, the brookite-type titanium dioxide is removed in an oxidizing atmosphere.
The method of claim 1, further comprising annealing at a temperature below 0 ° C. for a period of 8 hours or less.
20〜30nmの結晶粒径を有するブルッカイト型二酸化チタンナノ結晶からなる単分
散ブルッカイト型二酸化チタン団粒。
Monodispersed brookite-type titanium dioxide aggregates composed of brookite-type titanium dioxide nanocrystals having a crystal grain size of 20 to 30 nm.
前記二酸化チタン団粒の粒径は、130nm〜170nmの範囲である、請求項7に記
載の単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒。
The monodisperse brookite-type titanium dioxide aggregate according to claim 7, wherein the titanium dioxide aggregate has a particle size in a range of 130 nm to 170 nm.
前記二酸化チタン団粒の比表面積は、30m/g〜50m/gの範囲である、請求
項7記載の単分散ブルッカイト型二酸化チタン団粒。
The specific surface area of the titanium dioxide crumb is in the range of 30m 2 / g~50m 2 / g, according to claim 7 monodispersed brookite type titanium dioxide crumb according.
ブルッカイト型二酸化チタン団粒を用いた光触媒であって、前記ブルッカイト型二酸化
チタン団粒は、20〜30nmの結晶粒径を有するブルッカイト型二酸化チタンナノ結晶
からなる、光触媒。
A photocatalyst using brookite-type titanium dioxide aggregates, wherein the brookite-type titanium dioxide aggregates are composed of brookite-type titanium dioxide nanocrystals having a crystal grain size of 20 to 30 nm.
ブルッカイト型二酸化チタン団粒を用いたフォトニック結晶であって、前記ブルッカイ
ト型二酸化チタン団粒は、20〜30nmの結晶粒径を有するブルッカイト型二酸化チタ
ンナノ結晶からなる、フォトニック結晶。
A photonic crystal using brookite-type titanium dioxide aggregates, wherein the brookite-type titanium dioxide aggregates are composed of brookite-type titanium dioxide nanocrystals having a crystal grain size of 20 to 30 nm.
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