【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.22】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24CT0053

利用課題名 / Title

新規環境清浄化材料の創製と作用機構の解明

利用した実施機関 / Support Institute

公立千歳科学技術大学 / Chitose IST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

触媒材料,X線回折/ X-ray diffraction

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

高田 知哉

所属名 / Affiliation

公立千歳科学技術大学理工学部応用化学生物学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

CT-033：X線回折装置（XRD）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

社会活動や産業活動に伴う水質汚染は自然環境に望ましくない影響を及ぼすため、汚染物質の除去のための様々な方法が研究されている。そのうちの一つに、光触媒を用いる汚染物質の分解があり、これまでに非常に多くの光触媒材料が検討されている。中でも、近年注目されている物質としてグラファイト状窒化炭素（g-C₃N₄）があり、金属を含まず普遍的な元素（C、N）からなること、可視光により触媒反応を進行させること、含窒素有機化合物から比較的簡便な方法で作製可能であることなどから積極的に研究されている。ただし、g-C₃N₄は光触媒反応の効率が低いことが課題であり、その改善のための種々の方法が提案されている。我々は、g-C₃N₄の光触媒反応効率の改善法として、欠陥構造の導入による方法を研究している。本課題では、g-C₃N₄への紫外線照射による欠陥構造生成が光触媒反応効率に及ぼす効果を調べた。紫外線照射に伴う結晶構造の変化の有無をX線回折（XRD）測定により調べ、分子構造の変化はX線光電子分光スペクトル（XPS）測定により確認した。光触媒反応効率は、水溶液中の色素（ローダミンB）の光触媒分解を対象として比較した。

実験 / Experimental

g-C₃N₄は、メラミンの空気中550℃での加熱により作製した。g-C₃N₄を水に分散させ、撹拌しつつ超高圧水銀光源からの紫外線を種々の時間で照射した。紫外線照射前後のg-C₃N₄をローダミンB水溶液に加え、酸素をバブリングしながら撹拌しキセノン光源からの可視光を照射した。所定の時間毎に試料溶液をサンプリングしてg-C₃N₄を遠心分離で除去したのち、溶液の吸光度測定を行いローダミンB濃度を測定した。
g-C₃N₄の結晶構造を確認するために、紫外線照射前後のg-C₃N₄をガラス試料板に充填し、XRD測定を行った。また、g-C₃N₄の元素組成および化学結合状態の分析をXPSにて行った。さらに、粒子の比表面積測定、電子スピン共鳴（ESR）測定、拡散反射スペクトル測定も行った。

結果と考察 / Results and Discussion

XRD測定ではいずれの試料でもg-C₃N₄に特有の回折パターンがみられ、本法によりg-C₃N₄が合成されていること及び紫外線照射による結晶全体の構造の著しい変化は生じていないことが確認できた。XPS測定では、紫外線照射に伴う元素組成比（C、N、O）の変化が生じることと、C-N結合の解離に由来する欠陥と思われる構造が生じることが確認されたため、結晶構造は維持されている一方でより微視的な分子構造の変化は生じていることがわかった。ただし、ESR測定からは、欠陥生成の定量的な評価や欠陥構造の同定が可能なデータを得るに至っていないため更に検討が必要である。この構造変化に伴う比表面積およびバンドギャップの大きな変化は見られなかった。
光触媒分解によるローダミンB水溶液の濃度低下の観察から、紫外線を比較的短時間照射したg-C₃N₄では光触媒反応効率が向上する一方で、さらに長時間紫外線照射したg-C₃N₄では光触媒反応効率がかえって低下することがわかった。この傾向は、上記の結果から推測される構造変化の過程（紫外線照射に伴う欠陥構造の生成および再結合）に対応するように見受けられることから、光触媒反応効率は主に欠陥構造の存在量に依存し、紫外線照射による光触媒反応効率の向上のためには最適な処理条件があることがわかる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　紫外線未照射のg-C₃N₄および紫外線照射（15〜60分）したg-C₃N₄のXRDパターン

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 原侑史，下田周平，鈴木啓太，清水研一，高田知哉，"紫外線照射したグラファイト状窒化炭素による有機色素の光触媒分解"，化学系学協会北海道支部2025年冬季研究発表会（札幌），令和７年１月２２日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件