日本東北大學多元物質(zhì)科技研究所教授垣花真人等人開發(fā)出了利用天然有機酸-鈦絡合物通過熱解,有選擇地合成多形氧化鈦(TiO2)的技術(shù)。使用該技術(shù),可輕松地合成光催化劑活性很強的多形氧化鈦。
一般來說,作為天然礦物,氧化鈦的存在方式分為銳鈦礦、金紅石和板鈦礦3種結(jié)晶結(jié)構(gòu)(多形)。作為具有TiO2這種化學組成的多形,包括人工合成的TiO2(B)等共有多種。其中,具有銳鈦礦型和金紅石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鈦相對容易進行合成。而光催化劑活性更高的板鈦礦型和TiO2(B)型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鈦則難以進行合成。
在此次的研究中,首先開發(fā)出了對不易溶于水的鈦進行水溶處理的技術(shù)。通過形成可利用對人體無害的天然有機酸(水果酸)羥基羧酸的新方法,在從酸性到堿性的比較寬的酸堿性范圍內(nèi)成功地對化學特性穩(wěn)定的天然有機酸-鈦絡合物水溶液進行了調(diào)整。具體來說,就是使用甘蔗、檸檬和葡萄成分的羥基乙酸、檸檬酸、蘋果酸和酒石酸等作為鈦增溶劑,使用水作為溶劑。從安全性方面來講比較環(huán)保。而過去的鈦原料則具備易燃性與腐蝕性,而且與水接觸后還會產(chǎn)生不溶性沉淀物,以及在操作安全性和可保存性方面存在的一些問題,而采用天然有機酸鈦絡合物則能夠解決上述問題。
利用水熱法(在密閉容器中將以水為溶劑的反應溶液加熱到100℃以上,使之在高溫高熱狀態(tài)下的水中發(fā)生反應的方法),對這種天然有機酸-鈦絡合物水溶液進行處理,就能生成氧化鈦納米微粒。此時,只要選擇天然有機酸的種類和溶液的pH值,就能有選擇地生成氧化鈦多形。另外,還能通過添加界面活性劑、氨基酸和羧酸,控制其形態(tài)。
利用這種方法得到的板鈦礦型/TiO2(B)型氧化鈦納米微粒,在利用一氧化氮進行光分解時表現(xiàn)出了比現(xiàn)有氧化鈦更高的光催化劑活性。