日本東北大學多元物質科技研究所教授垣花真人等人開發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。使用該技術,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種結晶結構(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晶結構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)型結晶結構的氧化鈦則難以進行合成。
在此次的研究中,首先開發出了對不易溶于水的鈦進行水溶處理的技術。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成功地對化學特性穩定的天然有機酸-鈦絡合物水溶液進行了調整。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下的水中發生反應的方法),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。
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出了比現有氧化鈦更高的光催化劑活性。