JP2001104798A - 光触媒、その製造方法及びその製造装置 - Google Patents
光触媒、その製造方法及びその製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可視領域においても安定に作用する高性能の
光触媒を、非常に簡単で安価な装置を用いて、大面積に
対しても低コストで製造することができる光触媒、その
製造方法、及びその製造装置を提供する。 【解決手段】 真空中に、膜材料となる酸化チタンと微
量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含むターゲット３を有
するスパッタ源２を設け、放電ガスであるアルゴン及び
酸素を導入して、該ターゲット３に電力を印加して放電
を発生させることによって、該ターゲット３表面よりス
パッタ粒子を放出させて、基板１０に光触媒膜１４を堆
積させることを特徴とする。
光触媒を、非常に簡単で安価な装置を用いて、大面積に
対しても低コストで製造することができる光触媒、その
製造方法、及びその製造装置を提供する。 【解決手段】 真空中に、膜材料となる酸化チタンと微
量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含むターゲット３を有
するスパッタ源２を設け、放電ガスであるアルゴン及び
酸素を導入して、該ターゲット３に電力を印加して放電
を発生させることによって、該ターゲット３表面よりス
パッタ粒子を放出させて、基板１０に光触媒膜１４を堆
積させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可視光の照射によって
も触媒活性を発現し、可視光の照射下での窒素酸化物等
の分解反応ができる光触媒、その製造方法及びその製造
装置に関する。
も触媒活性を発現し、可視光の照射下での窒素酸化物等
の分解反応ができる光触媒、その製造方法及びその製造
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化チタンによる光触媒反応は、常温で
クリーンに光エネルギーを化学エネルギーに変換するた
め、環境浄化等への展開が期待されている。特に酸化チ
タンは光活性を向上させるため、超微粒子化や金属添
加、可視領域の光を利用するための色素の吸着等が行わ
れている。しかしながら、これまでの光触媒は、波長が
約３８０ｎｍよりも短い紫外光では作用するが、波長が
これよりも長い可視光の領域では、定常的な光触媒反応
が不可能であった。例えば、酸化チタンを用いる光触媒
反応の例として、窒素酸化物の分解反応等が挙げられる
が、紫外光の照射下でのみ効率的に進行する。このた
め、太陽光だけでは５％程度の紫外光しか利用できず、
別の紫外光源が必要であるという問題があった。
クリーンに光エネルギーを化学エネルギーに変換するた
め、環境浄化等への展開が期待されている。特に酸化チ
タンは光活性を向上させるため、超微粒子化や金属添
加、可視領域の光を利用するための色素の吸着等が行わ
れている。しかしながら、これまでの光触媒は、波長が
約３８０ｎｍよりも短い紫外光では作用するが、波長が
これよりも長い可視光の領域では、定常的な光触媒反応
が不可能であった。例えば、酸化チタンを用いる光触媒
反応の例として、窒素酸化物の分解反応等が挙げられる
が、紫外光の照射下でのみ効率的に進行する。このた
め、太陽光だけでは５％程度の紫外光しか利用できず、
別の紫外光源が必要であるという問題があった。
【０００３】これに対し、酸化チタンにＣｒ、Ｖ、Ｆｅ
等を真空中でこれらの元素を含むガスをプラズマ化し発
生した、イオンを、直流高電圧（数１０ｋＶ〜数１００
ｋＶ）をかけた加速電極を用い、電界により引き出し、
加速して、イオンビームという形で注入することによ
り、酸化チタンの光吸収帯を可視領域までシフトさせ、
可視領域においても安定に作用する光触媒を得ることが
できる。しかしながら、金属等のイオン注入を用いるに
は、充分な圧力の金属蒸気を発生させることや、金属プ
ラズマを安定的にかつ長時間発生させることが必要であ
り、これらはいずれも技術的に困難が伴う。また、金属
の直接の蒸発を用いずに塩化物、フッ化物といった液体
及びガス状の化合物を用いた場合はその供給は容易とな
るが、装置の腐食や、金属の電極への付着を招き、メン
テナンスを頻繁に行う必要が有り、長時間の運転が困難
である。さらに、装置は非常に高価である。そして、こ
の様な方法でイオン注入を行う場合、小面積の被処理材
料であればビームをスキャンするか、若しくは注入相手
材をビームに対して移動させれば良いが、大面積の注入
相手材に対しては装置が大規模となり、また注入処理に
長時間かかり、生産性が劣るという問題がある。
等を真空中でこれらの元素を含むガスをプラズマ化し発
生した、イオンを、直流高電圧（数１０ｋＶ〜数１００
ｋＶ）をかけた加速電極を用い、電界により引き出し、
加速して、イオンビームという形で注入することによ
り、酸化チタンの光吸収帯を可視領域までシフトさせ、
可視領域においても安定に作用する光触媒を得ることが
できる。しかしながら、金属等のイオン注入を用いるに
は、充分な圧力の金属蒸気を発生させることや、金属プ
ラズマを安定的にかつ長時間発生させることが必要であ
り、これらはいずれも技術的に困難が伴う。また、金属
の直接の蒸発を用いずに塩化物、フッ化物といった液体
及びガス状の化合物を用いた場合はその供給は容易とな
るが、装置の腐食や、金属の電極への付着を招き、メン
テナンスを頻繁に行う必要が有り、長時間の運転が困難
である。さらに、装置は非常に高価である。そして、こ
の様な方法でイオン注入を行う場合、小面積の被処理材
料であればビームをスキャンするか、若しくは注入相手
材をビームに対して移動させれば良いが、大面積の注入
相手材に対しては装置が大規模となり、また注入処理に
長時間かかり、生産性が劣るという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、可視領域においても安定に作用する高性能の光
触媒を、非常に簡単で安価な装置を用いて、大面積に対
しても低コストで製造することができる光触媒、その製
造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
に鑑み、可視領域においても安定に作用する高性能の光
触媒を、非常に簡単で安価な装置を用いて、大面積に対
しても低コストで製造することができる光触媒、その製
造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の光触媒の製造方法は、真空中に、光触媒
膜の材料となる酸化チタンと微量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又は
Ｎｉとを含むターゲットを有するスパッタ源を設け、放
電ガスであるアルゴン及び酸素を導入して、該ターゲッ
トに電力を印加して放電を発生させることによって、該
ターゲット表面よりスパッタ粒子を放出させて、基板に
光触媒膜を堆積させることを特徴とする。上記ターゲッ
トの組成は、ＴｉＯ2にＣｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉからな
る群の中から選ばれる少なくとも一種の元素を微量に含
むものであって、その組成比はＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉ
のいずれかの元素をＡとするとＴｉ1-xＡxＯ2（ｘは
０．０００５〜０．１の範囲）なる式で表わせて、か
つ、上記放電ガスの組成は、アルゴンが５０〜９９．９
９体積％で、酸素が５０〜０．０１体積％とすることが
できる。また、本発明の別の側面として、本発明は、上
記に記載の方法によって製造する光触媒である。さら
に、本発明のもう別の側面として、本発明の光触媒の製
造装置は、真空容器と、酸化チタン及び微量のＣｒ、
Ｖ、Ｆｅ又はＮｉを含むターゲットを有するスパッタ源
と、該スパッタ源の近傍に設置されたガス導入口と、該
ターゲットと該真空容器との間に接続した電源と、該タ
ーゲットの対向部に設置された基板電極と、該基板電極
に設けられたヒーターと、該基板電極の表面に取り付け
られた基板とを備えることを特徴とする。
めに、本発明の光触媒の製造方法は、真空中に、光触媒
膜の材料となる酸化チタンと微量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又は
Ｎｉとを含むターゲットを有するスパッタ源を設け、放
電ガスであるアルゴン及び酸素を導入して、該ターゲッ
トに電力を印加して放電を発生させることによって、該
ターゲット表面よりスパッタ粒子を放出させて、基板に
光触媒膜を堆積させることを特徴とする。上記ターゲッ
トの組成は、ＴｉＯ2にＣｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉからな
る群の中から選ばれる少なくとも一種の元素を微量に含
むものであって、その組成比はＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉ
のいずれかの元素をＡとするとＴｉ1-xＡxＯ2（ｘは
０．０００５〜０．１の範囲）なる式で表わせて、か
つ、上記放電ガスの組成は、アルゴンが５０〜９９．９
９体積％で、酸素が５０〜０．０１体積％とすることが
できる。また、本発明の別の側面として、本発明は、上
記に記載の方法によって製造する光触媒である。さら
に、本発明のもう別の側面として、本発明の光触媒の製
造装置は、真空容器と、酸化チタン及び微量のＣｒ、
Ｖ、Ｆｅ又はＮｉを含むターゲットを有するスパッタ源
と、該スパッタ源の近傍に設置されたガス導入口と、該
ターゲットと該真空容器との間に接続した電源と、該タ
ーゲットの対向部に設置された基板電極と、該基板電極
に設けられたヒーターと、該基板電極の表面に取り付け
られた基板とを備えることを特徴とする。
【０００６】また、本発明の光触媒の製造方法は、真空
中で、光触媒膜の材料となる酸化チタンと微量のＣｒ、
Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含む蒸発材料を蒸発源によって加
熱、蒸発させ、酸素ガスを導入して、該蒸発源上で該酸
素ガスを放電させることによって、基板に光触媒膜を堆
積させることを特徴とする。上記蒸発材料の組成は、Ｔ
ｉＯ2にＣｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉからなる群の中から選
ばれる少なくとも一種の元素を微量に含むものであっ
て、その組成比はＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉのいずれかの
元素をＡとするとＴｉ1-xＡxＯ2（ｘは０．０００５〜
０．１の範囲）なる式で表わせる。また、本発明の別の
側面として、本発明は、上記に記載の方法によって製造
する光触媒である。さらに、本発明のもう別の側面とし
て、本発明の光触媒の製造装置は、真空容器と、酸化チ
タンと微量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含む蒸発材料
を有する蒸発源と、該蒸発源の上方に設けられた高周波
コイルと、該高周波コイルと該真空容器との間に接続し
た電源と、該高周波コイルの対向部に設置された基板ホ
ルダーと、該基板ホルダーに設けられたヒーターと、該
基板ホルダーの表面に取り付けられた基板とを備えるこ
とを特徴とする。
中で、光触媒膜の材料となる酸化チタンと微量のＣｒ、
Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含む蒸発材料を蒸発源によって加
熱、蒸発させ、酸素ガスを導入して、該蒸発源上で該酸
素ガスを放電させることによって、基板に光触媒膜を堆
積させることを特徴とする。上記蒸発材料の組成は、Ｔ
ｉＯ2にＣｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉからなる群の中から選
ばれる少なくとも一種の元素を微量に含むものであっ
て、その組成比はＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉのいずれかの
元素をＡとするとＴｉ1-xＡxＯ2（ｘは０．０００５〜
０．１の範囲）なる式で表わせる。また、本発明の別の
側面として、本発明は、上記に記載の方法によって製造
する光触媒である。さらに、本発明のもう別の側面とし
て、本発明の光触媒の製造装置は、真空容器と、酸化チ
タンと微量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含む蒸発材料
を有する蒸発源と、該蒸発源の上方に設けられた高周波
コイルと、該高周波コイルと該真空容器との間に接続し
た電源と、該高周波コイルの対向部に設置された基板ホ
ルダーと、該基板ホルダーに設けられたヒーターと、該
基板ホルダーの表面に取り付けられた基板とを備えるこ
とを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照にして、本
発明の光触媒、その製造方法及びその製造装置につい
て、その実施の形態を詳細に説明する。実施の形態その１ 図１は、本発明に係る光触媒の製造装置の一実施の形態
を示す模式図である。図１に示すように、この装置は、
真空容器１を備えており、真空排気装置（図省略）によ
って真空排気できる。スパッタ源２は、Ｔｉ0.9Ｃｒ0.1
Ｏ2からなる組成のターゲット３と、磁場発生用磁石４
と、水冷機能を備えたターゲット電極５と、シールド６
と、真空シール機能を備えた絶縁体７とで構成する。ま
た、上記ターゲット電極５には、整合器８を介して高周
波電源９を接続する。一方、上記ターゲット３の対向部
には、ヒーター１１を備えた基板電極１２を設置し、こ
の基板電極１２の表面には基板１０を取り付ける。ま
た、基板電極１２は、真空シール機能を備えた絶縁体１
３を通じて真空容器１と固定する。更に、上記ターゲッ
ト３の近傍には、ガス流量制御装置（図示省略）に直結
したガス導入口１５を設置する。
発明の光触媒、その製造方法及びその製造装置につい
て、その実施の形態を詳細に説明する。実施の形態その１ 図１は、本発明に係る光触媒の製造装置の一実施の形態
を示す模式図である。図１に示すように、この装置は、
真空容器１を備えており、真空排気装置（図省略）によ
って真空排気できる。スパッタ源２は、Ｔｉ0.9Ｃｒ0.1
Ｏ2からなる組成のターゲット３と、磁場発生用磁石４
と、水冷機能を備えたターゲット電極５と、シールド６
と、真空シール機能を備えた絶縁体７とで構成する。ま
た、上記ターゲット電極５には、整合器８を介して高周
波電源９を接続する。一方、上記ターゲット３の対向部
には、ヒーター１１を備えた基板電極１２を設置し、こ
の基板電極１２の表面には基板１０を取り付ける。ま
た、基板電極１２は、真空シール機能を備えた絶縁体１
３を通じて真空容器１と固定する。更に、上記ターゲッ
ト３の近傍には、ガス流量制御装置（図示省略）に直結
したガス導入口１５を設置する。
【０００８】このような構成の装置において、まず、無
アルカリガラス等の基板１０を、有機溶剤（例えばアセ
トン）で超音波洗浄を施して乾燥させた後、真空容器１
内の基板電極１２に設置し、気圧を５×１０-6ｔｏｒｒ
以下に、好ましくは２×１０ -6ｔｏｒｒ以下に予備排気
する。次に、ヒーター１１によって、基板１０を２００
〜５００℃に、好ましくは約３００℃に加熱する。そし
て、ガス導入口１５から、アルゴンガスと酸素の混合ガ
スを導入する。この時、アルゴンガスを５０〜９９．９
９体積％、酸素を５０〜０．０１体積％に、好ましくは
アルゴンガスを９０体積％、酸素を１０体積％にする。
また、この時の圧力は１×１０-3〜１×１０-2ｔｏｒｒ
に、好ましくは約５×１０-3ｔｏｒｒに調整する。次
に、整合器８を介して高周波電源９により高周波電力を
ターゲット電極５に印加すると、放電が発生してアルゴ
ンイオンが生成する。この生成したアルゴンイオンがタ
ーゲット３表面に衝突し、ターゲット３表面より膜材料
からなるスパッタ粒子が飛び出す。このスパッタ粒子は
基板１０に堆積し、光触媒膜１４を形成する。この光触
媒膜１４の膜厚は、約５０ｎｍ〜１μｍである。
アルカリガラス等の基板１０を、有機溶剤（例えばアセ
トン）で超音波洗浄を施して乾燥させた後、真空容器１
内の基板電極１２に設置し、気圧を５×１０-6ｔｏｒｒ
以下に、好ましくは２×１０ -6ｔｏｒｒ以下に予備排気
する。次に、ヒーター１１によって、基板１０を２００
〜５００℃に、好ましくは約３００℃に加熱する。そし
て、ガス導入口１５から、アルゴンガスと酸素の混合ガ
スを導入する。この時、アルゴンガスを５０〜９９．９
９体積％、酸素を５０〜０．０１体積％に、好ましくは
アルゴンガスを９０体積％、酸素を１０体積％にする。
また、この時の圧力は１×１０-3〜１×１０-2ｔｏｒｒ
に、好ましくは約５×１０-3ｔｏｒｒに調整する。次
に、整合器８を介して高周波電源９により高周波電力を
ターゲット電極５に印加すると、放電が発生してアルゴ
ンイオンが生成する。この生成したアルゴンイオンがタ
ーゲット３表面に衝突し、ターゲット３表面より膜材料
からなるスパッタ粒子が飛び出す。このスパッタ粒子は
基板１０に堆積し、光触媒膜１４を形成する。この光触
媒膜１４の膜厚は、約５０ｎｍ〜１μｍである。
【０００９】上記のようにして作製した本発明の光触媒
についての紫外光〜可視光透過スペクトルを図２の
（ｂ）に示す。また、図１の装置において、Ｃｒを含ま
ない酸化チタン膜のみを作製した光触媒ついての透過ス
ペクトルを図２の（ａ）に示す。図２の（ａ）に示すよ
うに、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、約３２０ｎｍ
より透過率が増加しはじめて約３８０ｎｍで最大とな
り、それ以上の波長では干渉効果により波打っている。
この結果、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、透過率が
最大となる約３８０ｎｍを超える光は透過し、３８０ｎ
ｍ以下の紫外光について吸収が起こる。つまり、可視光
領域の光吸収は全く起こらない。一方、図２の（ｂ）に
示すように、本発明のＣｒを含んだ酸化チタン膜光触媒
では、約３５０ｎｍから透過率が増加しはじめて約４５
０ｎｍで最大となり、それ以上の波長では干渉効果によ
り波打っている。この結果、本発明によるＣｒを含んだ
酸化チタン膜では、透過率が最大となる約４５０ｎｍを
超える光は透過し、約４５０ｎｍ以下の可視領域を含む
光については吸収が起こる。
についての紫外光〜可視光透過スペクトルを図２の
（ｂ）に示す。また、図１の装置において、Ｃｒを含ま
ない酸化チタン膜のみを作製した光触媒ついての透過ス
ペクトルを図２の（ａ）に示す。図２の（ａ）に示すよ
うに、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、約３２０ｎｍ
より透過率が増加しはじめて約３８０ｎｍで最大とな
り、それ以上の波長では干渉効果により波打っている。
この結果、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、透過率が
最大となる約３８０ｎｍを超える光は透過し、３８０ｎ
ｍ以下の紫外光について吸収が起こる。つまり、可視光
領域の光吸収は全く起こらない。一方、図２の（ｂ）に
示すように、本発明のＣｒを含んだ酸化チタン膜光触媒
では、約３５０ｎｍから透過率が増加しはじめて約４５
０ｎｍで最大となり、それ以上の波長では干渉効果によ
り波打っている。この結果、本発明によるＣｒを含んだ
酸化チタン膜では、透過率が最大となる約４５０ｎｍを
超える光は透過し、約４５０ｎｍ以下の可視領域を含む
光については吸収が起こる。
【００１０】ターゲットの組成をＴｉ1-xＣｒxＯ2と表
すと、ｘは０．０００５〜０．１の範囲、特に０．００
１〜０．０５の範囲が好ましい。ｘが０．０００５未満
の場合、Ｃｒの添加量が酸化チタンのバンドギャップを
変化させる量まで達していないため、可視光領域の光吸
収は全く起きず、好ましくない。一方、ｘが０．１を越
える場合、Ｔｉ1-xＣｒxＯ2以外の黒色の物質が生成す
るため、ある波長での選択的吸収がなくなり、好ましく
ない。また、Ｃｒの替わりに、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉを添加
したターゲット、あるいは、Ｃｒと、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉと
を組み合わせて添加したターゲット、特にＣｒとＶを組
み合わせて添加したターゲットを用いても同等の効果が
得られる。更に、作製した光触媒膜では、１０ｔｏｒｒ
の一酸化窒素の雰囲気で、波長４２０ｎｍの光を照射し
たところ、この一酸化窒素の濃度は徐々に減少すること
を確認した。しかし、Ｃｒを添加しない酸化チタン膜で
は、この一酸化窒素の濃度の減少は観察されなかった。
また、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉを添加したターゲットを用いても
同等の効果が得られた。このように、本発明によれば、
可視領域においても安定に作用する光触媒を、非常に簡
単で安価な装置を用いて、大面積に対して短時間でかつ
低コストで製造することが可能となる。
すと、ｘは０．０００５〜０．１の範囲、特に０．００
１〜０．０５の範囲が好ましい。ｘが０．０００５未満
の場合、Ｃｒの添加量が酸化チタンのバンドギャップを
変化させる量まで達していないため、可視光領域の光吸
収は全く起きず、好ましくない。一方、ｘが０．１を越
える場合、Ｔｉ1-xＣｒxＯ2以外の黒色の物質が生成す
るため、ある波長での選択的吸収がなくなり、好ましく
ない。また、Ｃｒの替わりに、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉを添加
したターゲット、あるいは、Ｃｒと、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉと
を組み合わせて添加したターゲット、特にＣｒとＶを組
み合わせて添加したターゲットを用いても同等の効果が
得られる。更に、作製した光触媒膜では、１０ｔｏｒｒ
の一酸化窒素の雰囲気で、波長４２０ｎｍの光を照射し
たところ、この一酸化窒素の濃度は徐々に減少すること
を確認した。しかし、Ｃｒを添加しない酸化チタン膜で
は、この一酸化窒素の濃度の減少は観察されなかった。
また、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉを添加したターゲットを用いても
同等の効果が得られた。このように、本発明によれば、
可視領域においても安定に作用する光触媒を、非常に簡
単で安価な装置を用いて、大面積に対して短時間でかつ
低コストで製造することが可能となる。
【００１１】実施の形態その２ 図３は、本発明に係る光触媒の製造装置のもうひとつの
実施の形態を示す模式図である。図３に示すように、こ
の装置は、真空容器１６を備えており、真空排気装置
（図省略）によって真空排気できる。蒸発源１７には、
Ｔｉ0.9Ｃｒ0.1Ｏ2からなる組成の蒸発材料１８を設置
する。ここで、蒸発源１７は、特に限定されるものでは
なく、例えば、電子ビーム蒸発源、抵抗加熱蒸発源など
を用いることができる。真空容器１６の側面には、ガス
流量制御装置（図示省略）に直結したガス導入口２３を
設置する。また、蒸発源１７の上方には、放電発生用の
高周波コイル１９を設置し、この高周波コイル１９は、
真空シール機能を備えた絶縁体２０を通じて真空容器１
６に固定する。さらに、高周波コイル１９には、整合器
２１を介して高周波電源２２を接続する。また、この高
周波コイル１９の上方には、ヒーター２５を備えた基板
ホルダー２４を設置し、この基板ホルダー２４の表面に
は基板２６を取り付ける。
実施の形態を示す模式図である。図３に示すように、こ
の装置は、真空容器１６を備えており、真空排気装置
（図省略）によって真空排気できる。蒸発源１７には、
Ｔｉ0.9Ｃｒ0.1Ｏ2からなる組成の蒸発材料１８を設置
する。ここで、蒸発源１７は、特に限定されるものでは
なく、例えば、電子ビーム蒸発源、抵抗加熱蒸発源など
を用いることができる。真空容器１６の側面には、ガス
流量制御装置（図示省略）に直結したガス導入口２３を
設置する。また、蒸発源１７の上方には、放電発生用の
高周波コイル１９を設置し、この高周波コイル１９は、
真空シール機能を備えた絶縁体２０を通じて真空容器１
６に固定する。さらに、高周波コイル１９には、整合器
２１を介して高周波電源２２を接続する。また、この高
周波コイル１９の上方には、ヒーター２５を備えた基板
ホルダー２４を設置し、この基板ホルダー２４の表面に
は基板２６を取り付ける。
【００１２】このような構成の装置において、まず、無
アルカリガラス等の基板２６を有機溶剤（例えばアセト
ン）で超音波洗浄を施して乾燥させた後、真空容器１６
内の基板ホルダー２４に設置し、気圧を５×１０-6ｔｏ
ｒｒ以下に、好ましくは２×１０-6ｔｏｒｒ以下に予備
排気する。またヒーター２５により、基板２６を２００
〜５００℃に、好ましくは約３００℃に加熱する。そし
て、ガス導入口２３より酸素ガスを導入する。この時の
圧力は１×１０-4〜１×１０-3ｔｏｒｒに、好ましくは
約８×１０-4ｔｏｒｒに調整する。次に、蒸発源１７に
よりＴｉ0.9Ｃｒ0.1Ｏ2からなる組成の蒸発材料１８を
加熱、蒸発させ、それと同時に、整合器２１を介して高
周波電源２２より高周波電力を高周波コイル１９に印加
する。これによって、放電によるプラズマ２８が発生
し、基板２６上に光触媒膜２７を形成することができ
る。この光触媒膜２７の膜厚は約５０ｎｍ〜１μｍであ
る。
アルカリガラス等の基板２６を有機溶剤（例えばアセト
ン）で超音波洗浄を施して乾燥させた後、真空容器１６
内の基板ホルダー２４に設置し、気圧を５×１０-6ｔｏ
ｒｒ以下に、好ましくは２×１０-6ｔｏｒｒ以下に予備
排気する。またヒーター２５により、基板２６を２００
〜５００℃に、好ましくは約３００℃に加熱する。そし
て、ガス導入口２３より酸素ガスを導入する。この時の
圧力は１×１０-4〜１×１０-3ｔｏｒｒに、好ましくは
約８×１０-4ｔｏｒｒに調整する。次に、蒸発源１７に
よりＴｉ0.9Ｃｒ0.1Ｏ2からなる組成の蒸発材料１８を
加熱、蒸発させ、それと同時に、整合器２１を介して高
周波電源２２より高周波電力を高周波コイル１９に印加
する。これによって、放電によるプラズマ２８が発生
し、基板２６上に光触媒膜２７を形成することができ
る。この光触媒膜２７の膜厚は約５０ｎｍ〜１μｍであ
る。
【００１３】上記のようにして作製した本発明の光触媒
についての紫外光〜可視光透過スペクトルを図４の
（ｂ）に示す。また、図３の装置において、Ｃｒを含ま
ない酸化チタン膜のみを作製した光触媒ついての透過ス
ペクトルを図４の（ａ）に示す。図４の（ａ）に示すよ
うに、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、約３２０ｎｍ
から透過率が増加しはじめて約３８０ｎｍで最大とな
り、それ以上の波長では干渉効果により波打っている。
この結果、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、透過率が
最大となる３８０ｎｍを超える光は透過し、３８０ｎｍ
以下の紫外光について吸収が起こる。つまり、可視光領
域の光吸収は全く起こらない。一方、図４の（ｂ）に示
すように、本発明のＣｒを含んだ酸化チタン膜光触媒で
は、約３２０ｎｍから透過率が増加しはじめて約４４０
ｎｍで最大となり、それ以上の波長では干渉効果により
波打っている。この結果、本発明によるＣｒを含んだ酸
化チタン膜では、透過率が最大となる約４４０ｎｍを超
える光は透過し、約４４０ｎｍ以下の可視領域を含む光
については吸収が起こる。
についての紫外光〜可視光透過スペクトルを図４の
（ｂ）に示す。また、図３の装置において、Ｃｒを含ま
ない酸化チタン膜のみを作製した光触媒ついての透過ス
ペクトルを図４の（ａ）に示す。図４の（ａ）に示すよ
うに、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、約３２０ｎｍ
から透過率が増加しはじめて約３８０ｎｍで最大とな
り、それ以上の波長では干渉効果により波打っている。
この結果、Ｃｒを含まない酸化チタン膜では、透過率が
最大となる３８０ｎｍを超える光は透過し、３８０ｎｍ
以下の紫外光について吸収が起こる。つまり、可視光領
域の光吸収は全く起こらない。一方、図４の（ｂ）に示
すように、本発明のＣｒを含んだ酸化チタン膜光触媒で
は、約３２０ｎｍから透過率が増加しはじめて約４４０
ｎｍで最大となり、それ以上の波長では干渉効果により
波打っている。この結果、本発明によるＣｒを含んだ酸
化チタン膜では、透過率が最大となる約４４０ｎｍを超
える光は透過し、約４４０ｎｍ以下の可視領域を含む光
については吸収が起こる。
【００１４】蒸発材料の組成をＴｉ1-xＣｒxＯ2と表す
と、ｘは０．０００５〜０．１の範囲、特に０．００１
〜０．０５の範囲が好ましい。ｘが０．０００５未満の
場合、Ｃｒの添加量が酸化チタンのバンドギャップを変
化させる量まで達していないため、可視光領域の光吸収
は全く起きず、好ましくない。一方、ｘが０．１を越え
る場合、Ｔｉ1-xＣｒxＯ2以外の黒色の物質が生成する
ため、ある波長での選択的吸収がなくなり、好ましくな
い。また、Ｃｒの替わりに、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉを添加し
た蒸発材料、あるいは、Ｃｒと、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉとを組
み合わせて添加した蒸発材料、特にＣｒとＶを組み合わ
せて添加した蒸発材料を用いても同等の効果が得られ
る。更に、作製した光触媒膜では、１０ｔｏｒｒの一酸
化窒素の雰囲気で、波長４２０ｎｍの光を照射したとこ
ろ、この一酸化窒素の濃度は徐々に減少することを確認
した。また、その減少速度は図１の装置で作製したもの
より速かった。しかし、Ｃｒを添加しない酸化チタン膜
では、この一酸化窒素の濃度の減少は観察されなかっ
た。また、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉを添加した蒸発材料を用いて
も同等の効果が得られた。
と、ｘは０．０００５〜０．１の範囲、特に０．００１
〜０．０５の範囲が好ましい。ｘが０．０００５未満の
場合、Ｃｒの添加量が酸化チタンのバンドギャップを変
化させる量まで達していないため、可視光領域の光吸収
は全く起きず、好ましくない。一方、ｘが０．１を越え
る場合、Ｔｉ1-xＣｒxＯ2以外の黒色の物質が生成する
ため、ある波長での選択的吸収がなくなり、好ましくな
い。また、Ｃｒの替わりに、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉを添加し
た蒸発材料、あるいは、Ｃｒと、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉとを組
み合わせて添加した蒸発材料、特にＣｒとＶを組み合わ
せて添加した蒸発材料を用いても同等の効果が得られ
る。更に、作製した光触媒膜では、１０ｔｏｒｒの一酸
化窒素の雰囲気で、波長４２０ｎｍの光を照射したとこ
ろ、この一酸化窒素の濃度は徐々に減少することを確認
した。また、その減少速度は図１の装置で作製したもの
より速かった。しかし、Ｃｒを添加しない酸化チタン膜
では、この一酸化窒素の濃度の減少は観察されなかっ
た。また、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉを添加した蒸発材料を用いて
も同等の効果が得られた。
【００１５】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、可視
領域においても安定に作用する高性能の光触媒を、非常
に簡単で安価な装置を用いて、大面積に対しても低コス
トで製造することができる光触媒、その製造方法及びそ
の製造装置を提供することができる。
領域においても安定に作用する高性能の光触媒を、非常
に簡単で安価な装置を用いて、大面積に対しても低コス
トで製造することができる光触媒、その製造方法及びそ
の製造装置を提供することができる。
【図１】本発明に係る光触媒の製造方法の一実施の形態
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】図１に示す方法によって製造した光触媒の紫外
光〜可視光の領域の透過スペクトルである。
光〜可視光の領域の透過スペクトルである。
【図３】本発明に係る光触媒の製造方法のもうひとつの
実施の形態を示す模式図である。
実施の形態を示す模式図である。
【図４】図３に示す方法によって製造した光触媒の紫外
光〜可視光の領域の透過スペクトルである。
光〜可視光の領域の透過スペクトルである。
１ 真空容器 ２ スパッタ源 ３ ターゲット ４ 磁場発生用磁石 ５ ターゲット電極 ６ シールド ７ 絶縁体 ８ 整合器 ９ 高周波電源 １０ 基板 １１ ヒーター １２ 基板電極 １３ 絶縁体 １４ 光触媒膜 １５ ガス導入口 １６ 真空容器 １７ 蒸発源 １８ 蒸発材料 １９ 高周波コイル ２０ 絶縁体 ２１ 整合器 ２２ 高周波電源 ２３ ガス導入口 ２４ 基板ホルダー ２５ ヒーター ２６ 基板 ２７ 光触媒膜 ２８ プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 23/755 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｊ 37/02 ３０１ Ｃ Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３０１Ａ ３２１Ａ Ｆターム(参考） 4D048 AB01 AB03 BA07X BA23Y BA25X BA36Y BA38Y BA41X BA42X EA01 4G069 AA08 AA09 BA04A BA04B BA48A BB04A BB04B BB06A BB06B BC54A BC58A BC58B BC66A BC68A CA02 CA03 CA07 CA10 DA06 EA11 FA03 FB02 FB79 4K029 AA09 AA24 BA48 BA50 BB01 BC00 BD00 CA05 DA02 DB05 DB17 DB18 DC05 DC12 DC35 DC41
Claims (8)
- 【請求項１】 真空中に、光触媒膜の材料となる酸化チ
タンと微量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含むターゲッ
トを有するスパッタ源を設け、放電ガスであるアルゴン
及び酸素を導入して、該ターゲットに電力を印加して放
電を発生させることによって、該ターゲット表面よりス
パッタ粒子を放出させて、基板に光触媒膜を堆積させる
ことを特徴とする光触媒の製造方法。 - 【請求項２】 上記ターゲットの組成は、ＴｉＯ2にＣ
ｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉからなる群の中から選ばれる少な
くとも一種の元素を微量に含むものであって、該組成比
はＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉのいずれかの元素をＡとする
とＴｉ1-xＡxＯ2（ｘは０．０００５〜０．１の範囲）
なる式で表わせて、かつ、上記放電ガスの組成は、アル
ゴンが５０〜９９．９９体積％、酸素が５０〜０．０１
体積％であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒
の製造方法。 - 【請求項３】 上記請求項１又は２に記載の方法により
製造されることを特徴とする光触媒。 - 【請求項４】 真空容器と、酸化チタン及び微量のＣ
ｒ、Ｖ、Ｆｅ若しくはＮｉを含むターゲットを有するス
パッタ源と、該スパッタ源の近傍に設置されたガス導入
口と、該ターゲットと該真空容器との間に接続した電源
と、該ターゲットの対向部に設置された基板電極と、該
基板電極に設けられたヒーターと、該基板電極の表面に
取り付けられた基板とを備えることを特徴とする光触媒
の製造装置。 - 【請求項５】 真空中で、光触媒膜の材料となる酸化チ
タンと微量のＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含む蒸発材料
を蒸発源によって加熱、蒸発させ、酸素ガスを導入し
て、該蒸発源上で該酸素ガスを放電させることによっ
て、基板に光触媒膜を堆積させることを特徴とする光触
媒の製造方法。 - 【請求項６】 上記蒸発材料の組成は、ＴｉＯ2にＣ
ｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉからなる群の中から選ばれる少な
くとも一種の元素を微量に含むものであって、該組成比
はＣｒ、Ｖ、Ｆｅ又はＮｉのいずれかの元素をＡとする
とＴｉ1-xＡxＯ 2（ｘは０．０００５〜０．１の範囲）
なる式で表わせることを特徴とする請求項５に記載の光
触媒の製造方法。 - 【請求項７】 上記請求項５又は６に記載の方法により
製造されることを特徴とする光触媒。 - 【請求項８】 真空容器と、酸化チタンと微量のＣｒ、
Ｖ、Ｆｅ又はＮｉとを含む蒸発材料を有する蒸発源と、
該蒸発源の上方に設けられた高周波コイルと、該高周波
コイルと該真空容器との間に接続した電源と、該高周波
コイルの対向部に設置された基板ホルダーと、該基板ホ
ルダーに設けられたヒーターと、該基板ホルダーの表面
に取り付けられた基板とを備えることを特徴とする光触
媒の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29063799A JP2001104798A (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 光触媒、その製造方法及びその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29063799A JP2001104798A (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 光触媒、その製造方法及びその製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001104798A true JP2001104798A (ja) | 2001-04-17 |
Family
ID=17758556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29063799A Withdrawn JP2001104798A (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 光触媒、その製造方法及びその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001104798A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006144052A (ja) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | Bridgestone Corp | 金属ドープＴｉＯ２膜の成膜方法 |
| JP2007290875A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-08 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化チタン系焼結体およびその製造方法 |
| JP2009060126A (ja) * | 2001-11-06 | 2009-03-19 | Dainippon Printing Co Ltd | 導電性パターン形成体の製造方法 |
| JP2009081441A (ja) * | 2008-10-24 | 2009-04-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 導電性パターン形成体の製造方法 |
| US7749684B2 (en) | 2002-08-28 | 2010-07-06 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Method for manufacturing conductive pattern forming body |
| WO2010087445A1 (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-05 | パイオニア株式会社 | ＴｉＯ２ナノ粒子 |
| US7771797B2 (en) | 2005-07-15 | 2010-08-10 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Photocatalyst material producing method and photocatalyst material producing apparatus |
-
1999
- 1999-10-13 JP JP29063799A patent/JP2001104798A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP2735367A2 (en) | 2005-07-15 | 2014-05-28 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Photocatalyst material producing method and photocatalyst material producing apparatus |
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