酸化チタン光触媒と可視光応答型光触媒の違い
酸化チタンとは、チタンという金属が酸化したものです。この成分は、紫外線を当てると触媒の効果が出ます。
触媒の効果が出ると、それに触れている有機物を分解する性質が出ますが、酸化チタンは成分が変化しません。そのため、連続的に有機物を分解し続けてくれます。
それに対して、可視光応答型光触媒とは、可視光を当てると光触媒の反応を示す成分のことです。酸化タングステンや銅ドープ酸化チタンが一般的です。
酸化チタンは紫外線という目に見えない光で反応しましたが、可視光応答型光触媒は目に見える光で光触媒の効果を発揮します。ですので、可視光応答型といわれています。
光触媒コーティング剤とは？
光触媒をコーティングができる液剤にしたものを、光触媒コーティング剤といいます。
光触媒の性質
光触媒は有機物を分解する性質がありますが、有機物には病原菌やカビ菌、臭いの成分、化学物質などいろいろなものがあります。光触媒によって、それらの有機物を分解できるわけですから、いろいろなところに応用が考えられます。
光触媒コーティング剤を外壁に塗装をすると、外壁の汚れやカビの発生を防いでくれます。室内に塗装すると、室内の除菌や防カビ、消臭、シックハウス対策などになります。
酸化チタン光触媒と可視光応答型光触媒の性質の違い
光触媒の効果を得たい場合には、光を当てて活性化させないといけませんが、酸化チタンは紫外線を当てないといけません。酸化チタン光触媒は、主に外壁用として用いられます。
それに対して可視光応答型光触媒は、紫外線にも反応しますが、可視光でも反応して光触媒の効果があります。そのため、可視光応答型光触媒は室内で用いられます。
「屋外にも可視光応答型光触媒を使えないのだろうか？」と考えられますが、紫外線が当たる環境では、可視光応答型光触媒よりも酸化チタンの方が効果が高いので、屋外では酸化チタンが使われます。
使用場所によって光触媒成分を使い分けることが大事
このように、どのような場所によって、光触媒コーティング剤を使い分けることが大事です。
ただし、光触媒を使った消臭装置の場合は、強い消臭効果が求められるので、装置の中に酸化チタンが塗布されたフィルターに紫外線ランプで紫外線を当てる方法が用いられます。
酸化チタンが可視光でも活性化したら、強い光触媒の効果を発揮しますが、酸化チタン単体では残念ながら紫外線にしか反応しないため、室内では可視光応答型光触媒が使用されています。しかし、酸化タングステンを代表とする可視光応答型光触媒を使ったコーティング剤では、効果が弱いので、カビが生えたり、消臭効果が感じられなかったりして、クレームになることが多いようです。
酸化チタンを可視光活性させる方法「ドープ」
酸化チタンは紫外線にしか反応しないことをお伝えしましたが、可視光で活性化させる方法があります。それは、酸化チタンに別の成分を添加します。添加のことを、「ドープ」と言います。
酸化チタンを可視光活性させる成分
酸化チタンを可視光活性させられる成分は、いろいろあるようですが、主に次の2成分が実用化されています。
- 銅
- 窒素
これらの成分を加えて、酸化チタンに担持させることによって、酸化チタンが可視光活性を示すようになります。銅を加えたものを「銅ドープ酸化チタン」、窒素を加えたものを「窒素ドープ酸化チタン」と言います。
他にも、炭素や亜鉛、ニッケルなど、酸化チタンを可視光活性させられる成分はたくさんあります。可視光活性させられたとしても、成分によって効果の高さに数倍以上の差があります。最も効果の高い成分は、今現在のところ「銅」です。将来的に他の成分が発見されるかもしれません。
白色LEDのスペクトルと酸化チタンが光触媒活性を示す光の波長
次の図をご覧ください。次の図は一般的な白色LEDライトのスペクトルに、酸化チタンが活性する領域を加えた図です。
白色LEDライトは、波長が約400nmの紫色の光から、約750nmの赤色の光までの波長の光が出ていることが分かります。
400nmよりも短い波長の光、つまり図では紫色よりも左側の波長の光は、人間には見ることができない光で、「紫外線」といわれています。反対に、750nmよりも長い波長の光、つまり図では赤色よりも右側の波長の光は、これも人間が見ることができない光で、「赤外線」といわれています。
ここで、酸化チタンが活性化する光は、約380nmよりも短い波長の光ですので、白色LEDライトからは紫外線がほとんど出ていないので、酸化チタン光触媒では反応しません。
銅ドープ酸化チタンが光触媒活性を示す光の波長
次の図は、上図に銅ドープ酸化チタンが反応する波長の範囲（赤色の矢印）を加えたものです。
白色LEDライトから出る波長の光と、銅ドープ酸化チタンが反応する波長の光が、重なっている部分があります。色では、紫色からシアンまでの波長の範囲になります。この範囲の波長の光が銅ドープ酸化チタンに当たると、強い触媒の効果を発揮します。
このように、酸化チタンに銅などを担持させることで、紫外線にしか反応しなかったものが、可視光でも反応する酸化チタンになります。
銅ドープ酸化チタンのもう一つの性質
銅ドープ酸化チタンが可視光活性することを述べましたが、実は、銅ドープ酸化チタンには驚くべき性質があります。それは、光がなくても触媒効果を発揮することです。
光触媒は、通常であれば光が当たると触媒効果を発揮しますが、銅ドープ酸化チタンだけは光が当たっていなくても触媒効果を発揮するのです。この性質は、銅ドープ酸化チタンを発見した弊社も驚きの性質でした。
その理由は、銅ドープ酸化チタンに添加したナノサイズの酸化銅が、触媒の効果を発揮しているようなのです。通常、酸化銅は数百度の高温にしないと触媒効果を発揮しませんが、ナノサイズの酸化銅は、光の有無にかかわらず触媒の効果を発揮するようなのです。
この性質により、銅ドープ酸化チタンを使った光触媒コーティング剤は、室内はもちろんのこと、地下室やエアコン内部などの暗所でも除菌・防カビ・消臭効果を発揮します。
可視光応答型酸化チタンを使った光触媒コーティング剤を選ぶのであれば、銅ドープ酸化チタンが最も効果が高いことが知られています。
以上、酸化チタン光触媒と可視光応答型光触媒の性質の違いや、酸化チタンを可視光活性させる方法、銅ドープ酸化チタンの魅力について述べました。
弊社は、銅ドープ酸化チタンを使った光触媒コーティング剤として、室内用と自動車の内装用を開発しております。効果の高い光触媒コーティング剤をご利用になられたい企業様は、ぜひ弊社にご相談ください。
また、銅ドープ酸化チタンを使った光触媒コーティング施工をお求めの方は、弊社もしくは弊社製品を扱う施工代理店までご相談ください。室内や地下室などの施工は、室内の光触媒コーティング施工代理店をご覧ください。また、自動車への施工は、自動車内装の光触媒コーティング施工代理店をご覧ください。
この記事の著者／責任者
株式会社イリス 代表取締役
島田 幸一 (Shimada Koichi)
私はもともと、地元農業のソリューション提供を事業としていたが、野菜や果物の劣化を促進させるエチレンガスの分解を研究したことで、光触媒の可能性を感じ起業いたしました。運よく可視光でも効果のある酸化チタン光触媒を世界で初めて開発して脚光を浴び、さまざまな業種のお客様から注文をいただける企業にまで成長できました。現在弊社は、可視光応答型光触媒を使ったコーティング剤を始め、外壁やガラス、石材、自動車の車内にクリア塗装ができる光触媒コーティング剤や、酸化チタンから下地を守るプライマーの開発。その後も、さまざまな材質に光触媒を定着するための研究を続け、多くの企業で採用されています。