光触媒の特徴
Features of Photocatalysts
光触媒塗料は、防汚・脱臭・抗菌の優れた複合効果と環境に優しい安全性、さらに取り扱い面での簡便性やメンテナンスの省力化効果によって、すでに私たちの生活環境のあらゆる場面で幅広く利用され始めています。
そもそも光触媒のしくみとは、植物の行う光合成によく似ています。
光合成は葉緑素を【触媒】に、光エネルギーを使って水と二酸化炭素から酸素を作り出します。光触媒の場合は、酸化チタンなどの光触媒半導体金属を【触媒】として、光エネルギー（紫外線）を使って空気中の水と酸素から活性酸素を作り出します。
日本発の技術として、環境分野でも注目されています。
Features.01
酸化チタンに、太陽光や蛍光灯などに含まれる紫外線が照射されると、酸化チタン内部で正孔（h+）と電子（e-）の分離（励起状態）が生じます。
酸化チタンに、太陽光や蛍光灯などに含まれる紫外線が照射されると、酸化チタン内部で正孔（h+）と電子（e-）の分離（励起状態）が生じます。
Features.02
正孔（h+）と電子（e-）はそれぞれ酸化力、還元力を持ち、酸化チタン表面に接触する物質と化学反応（酸化還元反応）を起こします。
Features.03
一般に大気中の水（H2O）や酸素（O2）と反応を起こすと、さらに強力な分解力を持つ物質を酸化チタン表面に生成するともいわれています。
Features.04
光触媒とは、これらの化学反応によって生じる分解力を用いて、有害な物質を分解・除去・無害化する新技術です。
※光触媒そのものは、触媒反応の前後で変化しませんが、光（紫外線）を吸収することにより反応を促進する物質です。
光触媒の基本原理
Basic Principles of Photocatalysis
光触媒に光が当たると、マイナスの電子が飛び出し、プラスの電荷を帯びます。光触媒は強い酸化力をもち、OH-などから電子を奪います。この時、電子を奪われたOH-は非常に不安定な状態のOHラジカルになります。
OHラジカルは強力な酸化力を持つため、近くのCHCL3などから電子を奪います。電子を奪われたCHCL3は結合を解かれ、最終的には二酸化炭素や水となり大気中に発散していきます。
つまり光触媒とは、酸化チタンなどの光触媒半導体を外壁などの基盤にコーティングし、太陽光や蛍光灯などの紫外線を当てることで、強力な分解力を持つ活性酸素種を発生させ、空気中の汚れやニオイなどを除去する技術です。
つまり光触媒とは、酸化チタンなどの光触媒半導体を外壁などの基盤にコーティングし、太陽光や蛍光灯などの紫外線を当てることで、強力な分解力を持つ活性酸素種を発生させ、空気中の汚れやニオイなどを除去する技術です。
酸化チタンに紫外線が当たると、電子と正孔（正電荷）が発生し、電子が酸素をスーパーオキサイドアニオン（O2-）に、正孔が水をヒドロキシラジカル（・OH）という活性酸素に変えます。
この強力な酸化力を持つ活性酸素により、有機化合物が二酸化炭素と水に分解され、防汚、抗菌、脱臭などの効果を発揮します。
活性酸素の中でも反応性が高いヒドロキシラジカルの酸化力は、塩素の2倍・オキシドールの約50倍と非常に強く、有機化合物や細菌などに強力に作用します。
この強力な酸化力を持つ活性酸素により、有機化合物が二酸化炭素と水に分解され、防汚、抗菌、脱臭などの効果を発揮します。
活性酸素の中でも反応性が高いヒドロキシラジカルの酸化力は、塩素の2倍・オキシドールの約50倍と非常に強く、有機化合物や細菌などに強力に作用します。
活性酸素種発生
酸化還元反応
光触媒
酸化チタン
光触媒のメカニズム
Photocatalytic mechanism
紫外線を吸収することによって起こる2つの現象
1.光触媒分解反応
酸化チタンが触媒となって太陽または蛍光灯等から照射される光（紫外線）エネルギーを吸収・利用し起こる反応（抗菌・脱臭）であり、光エネルギーが不可欠です。この反応は物質を分解してしまう現象です。
例えば、有機物は二酸化炭素と水に分解されます。これは光合成反応の逆で燃焼反応に相当します。しかし、光触媒反応では通常の燃焼反応とは全く異なり、燃焼反応ではいったん火がつくと物質がなくなるまで反応は続きますが、光触媒反応では、光が当たるとき（照射される光の量の分）に光の量だけ反応が起こります。
2.光触媒の超親水性
親水化とは、ガラスなどの材料表面に水がよくなじむ現象です。多くの材料では、水を落とすと水滴がつきます。
ところが、酸化チタンをコーティングした材料は紫外線をあてた（照射した）後では、その材料表面では水は水滴にならずに、ほぼ完全に拡散し広がってしまいます。この現象は光触媒のもう一つの反応で、光親水化反応といいます。
酸化チタンをコーティングした材料では、水がかかると汚れが簡単に洗い流されてしまったり水滴が全くつかなくなる反応を利用して、人手をかけずに汚れを防ぐ防汚染効果（セルフクリーニング）が発揮されます。
酸化チタンをコーティングした材料では、水がかかると汚れが簡単に洗い流されてしまったり水滴が全くつかなくなる反応を利用して、人手をかけずに汚れを防ぐ防汚染効果（セルフクリーニング）が発揮されます。
活用事例
Examples of Usage
光触媒は、様々な場所・場面でも多く利用されています！
旅館・ホテル・保養所をはじめ、マンション・戸建・給食センター・厨房・駅ビル・地下鉄・事務所ビル・商業ビル・医療施設・老人ホーム・デパート・工場・看板・標識・公共施設・鉄道・自動車・空港ターミナルなど、墓石にまで幅広く利用されています。
【用途例】着色料
特徴
01 | 化粧品・歯磨き粉など、白色顔料として利用（1950年代～） |
02 | 他の金属に比べて密度が小さい |
03 | 常温では極めて安定している物質 |
04 | 紫外線を吸収し、光触媒採用を示す半導体金属（1960年代～） |
概要
性質 | 白色の粉末でにおいも味もない。強熱すると黄色となるが、冷えると白色に戻る。 比重3.7～3.9水、塩酸、希硫酸、エタノール、その他の溶剤に不溶。 フッ化水素酸及び熱濃硫酸に緩徐に溶ける。 |
効果 | 不透明化剤／乳白色剤 |
主に使用される食品 | ホワイトチョコレート／ホワイトチーズ／砂糖がけ菓子 |
使用基準 | 食用赤色2号に同じ。着色の目的に限る。 |
毒性 | 全く無害 |
代謝 | 二酸化チタンを数％含む飼料をラットに投与しても、消化管からのチタンの吸収は認められない。 急性毒素はラットのLDsoが12,000mg/kg以上である。 |
表示 | 用途名「着色料」「合成着色料」と物質名を併記する。 （例）着色料（酸化チタン）／簡略名：酸化チタン |
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