TiOにおける界面化学結合の影響₂ -SiO₂光触媒NOx低減性能に関する複合材料

X線回折（XRD） 未被覆石英砂（Q）のXRDパターン、調製されたTiO 2 -SiO 2複合体および石英のないTiO 2を図2に示す。ピーク位置は、明確なTiO 2ピークが観察されない400℃（QT1）での調製を除いて、TiO 2のみの試料およびTiO 2 -SiO 2複合体におけるアナターゼの存在を確認する。他の場合には、ピーク強度および幅における異なるサンプル間の差は、粒径および結晶化度の差に起因する。 QT1の場合、TiO 2ピークの欠如は、これらの調製条件下で結晶度が低いか、または石英に装填された非常に少量のTiO 2に起因する可能性がある。しかし、透過型電子顕微鏡法（ 図3 ）は、QT1高倍率下で凝集ナノスフェアであることが示されているナノ粒子TiO 2粒子で装飾される。 図2： 異なる方法で調製した純粋なTiO 2およびTiO 2 -SiO 2複合体のXRDパターン。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 図3： チタニア被覆SiO 2サンプルのTEM画像。 （a） QT1 （b） QT2および（c）低（1）および高（2）の magnifiカチオン画像。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 拡散反射分光法 図4は、間接半導体に必要とされる入射光子エネルギーの関数としてプロットされた修正Kubelka-Munk関数[F（ R∞ ）hν] 1/2として表された、調製されたサンプルのUV-vis吸収スペクトルを示す。スペクトルはTiO 2の存在と一致しており、SiO 2表面上のTiO 2担持量はバンドギャップにほとんど影響しないことを示している。しかし、バンドギャップ拡大効果を示す混合酸化物サンプル（ST2）では、より高いエネルギーレベル（約3.3eV）への小さなシフトが観察される。 tp_upload / 56070 / 56070fig4.jpg "/> 図4： TiO 2およびTiO 2 -SiO 2複合材料の変形拡散反射スペクトル（Taucプロット）。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 フーリエ変換赤外分光法（FTIR） 図5は、SiO 2 / TiO 2混合酸化物試料およびTiO 2 -Q複合体のFTIRスペクトルを示す。 SiO 2へのTiO 2の化学結合の証拠は、900〜960cm -1の範囲でSi-O-Ti伸縮振動モード15に帰属することができる。予想通り、このモードによる吸収ピークはSiO 2またはTiO 2に対しては観察されなかった。 <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1"> 図5： TiO 2 （T1）、SiO 2 、TiO 2 （ST1）、SiO 2 -TiO 2混合酸化物で修飾された反応性シリカのFTIRスペクトルゾル – ゲル法（ST2）、石英（Q）およびTiO 2 -修正された石英サンプル（QT1、QT2） 。分かりやすくするために、T2のスペクトルは示されていないが、T1と同一である。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 TiO 2 -石英複合材料 Tokarsky らによる分子モデリング16は砂石英上にTi-O-Siの可能性を示したが、実験的にTi-O-Siの熱加水分解後の明確な証拠を観察することはできなかった。石英の存在下で硫酸チタニルで処理する。しかしながら、 図5から分かるように、この研究では、Ti-O-Si結合の少量を示す、この研究における匹敵するQT1複合体の920〜960cm -1の範囲で非常に低いIR吸収が認められる。 QT2は、TiO 2と石英表面を被覆するより反応性の高いTEOSとの相互作用に関連すると思われるより顕著な吸光度を示す。 TiO 2は、石英表面ではなく、結果として生じるシリケートベースのゲルと関連している可能性が高い。 混合酸化物システム この研究で測定された最も高いFTIR吸収は、有機前駆体の反応から誘導されたST2について観察された。このようなシステムは、FTIRデータと一致する反応物質の分散および混合を最大にすることが期待される。 ST1は予備沈降シリカを利用したが、その反応表面にもかかわらず、得られたFTIR吸収i比較的低い結合レベルを示す。 走査型電子顕微鏡（SEM） TiO 2の効率的な支持のためのケイ酸塩ベースの膜の石英（QT2）に対する有効性は、SEMによって調べられている。フィルム自体が石英基板をどれくらいうまく覆うかによって多くのことが決まります。 図6は 、TEOSから誘導されたこのフィルム内に分散された市販のTiO 2 （PC105）のSEM-EDSを、TiO 2と1：1のモル比（QT2）で比較する。シリケート皮膜は、シリケート皮膜から明らかな一部の領域が残っているため、粒子上に不均一に固定化されていることが判明した。したがって、この場合、シリケート系ゲル相に付随するTiO 2も不均一に分布し、石英表面に直接結合しない。これは、 図 3b（2）のTEM像と一致する。シリケートコーティング（画像の右上）は、EDS図6 （d）に報告されたものと匹敵する分析であり、TiO 2とケイ酸塩層との関連を示している。 図6： （a）裸石英および（b）サンプルQT2のSEM画像対応するEDSデータは、それぞれcおよびdで示される。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 光触媒性能 図7は、ガス流中のNO、NOx、およびNO 2の濃度の変化の例を、暗黒下のTiO 2 （PC105）上を流れるイルミネーション。光がスイッチオンされると、最初のNO濃度はca. 48％であり、同時にNO 2が生成される。その結果、主としてNOおよびNO 2濃度の合計を表すNOxの濃度は、照射時間中に低減される。 提案されたNOの、照射されたTiO 2ベースの光触媒への吸着後の変換経路は、以下のスキームに要約することができる： NO→HONO→NO 2 →HONO 2 （NO 3 – ） 図7から、全照射時間中にNOの濃度がわずかにかつ連続的に増加したことに気付くこともできる。これは定常状態条件へのアプローチを示しており、利用可能な状態での蓄積に起因する可能性があります光触媒的に生成されたNO酸化生成物の活性部位、 すなわち HNO 2 / NO 2 – ; NO 2 ; HNO 3 / NO 3 – は 、NO吸着速度に影響する可能性がある。 Blohらこのシステムで定常状態を達成するには数時間の照明が必要であると報告している。 図7：時間の関数としてのNO、NO 2 、およびNOxの濃度変化： （a）光触媒または担体なしの（b）石英のみ、および（c） PC105。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 得られたTiOの活性を測定し比較するために<suNO x還元のための光子効率（ξ）が計算され、 図8に示されている。 図8： NOおよびNO X除去およびNO 2形成のための異なるTiO 2およびTiO 2 -SiO 2複合粉末の光効率。直接比較可能なシステムは、サポートされていない対とサポートされていない対で、同じシンボルで識別されます。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 ξは反応速度と入射光子束の比として定義され、c式（9）に従って計算され、ここで、 体積流量です。 c dは暗条件下におけるNO、NOxまたはNO 2の濃度、 c iは照明下の同じガスの濃度である。圧力。 N Aはアボガドロ定数である。 hはプランク定数である。 cは光速である。 Iは入射光強度、λは単色光（365nm）を仮定した使用波長、Aは照射面積、 Rはガス定数である。 Tは絶対温度である。 （9）