JP2002113369A

JP2002113369A - 光触媒および光触媒の製造方法

Info

Publication number: JP2002113369A
Application number: JP2000310778A
Authority: JP
Inventors: Yuji Fujimori; 裕司藤森; Tsutomu Miyamoto; 勉宮本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2002-04-16

Abstract

(57)【要約】【課題】環境汚染物質の分解能力に優れる光触媒および
光触媒の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の光触媒３は、基板２に支持されて
おり、光触媒体１を構成している。光触媒３は、主とし
て酸化チタンで構成されている。この酸化チタンは、結
晶構造がルチル型の二酸化チタンを含むのが好ましい。
また、光触媒３は、膜状をなしているのが好ましく、バ
ンドギャップが３．１ｅＶ以下であるのが好ましい。光
触媒３は、酸化チタンを主とする光触媒材料を塗布法に
より、膜状に成形することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒および光触
媒の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、太陽光等の光により、環境汚
染物質を分解する機能を有するものとして、二酸化チタ
ンからなる光触媒が注目されている。この光触媒は、前
記環境汚染物質が臭気を有するものである場合、環境汚
染物質を分解することにより、脱臭することもできる。

【０００３】この二酸化チタンとしては、結晶構造がア
ナターゼ型のものが用いられている。ところが、アナタ
ーゼ型の二酸化チタンは、そのバンドギャップが大きい
ので、紫外領域の波長の光しか吸収できない。このた
め、従来の光触媒では、光の利用効率に劣り、環境汚染
物質の分解能力を十分に発揮することが困難である。

【０００４】また、従来の光触媒は、ただ単に、二酸化
チタンの粉末を、基板上に２次元的に定着させて用いて
いるため、やはり、光の利用効率に劣り、環境汚染物質
の分解能力を十分に発揮することが困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、環境
汚染物質の分解能力に優れる光触媒および光触媒の製造
方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（２４）の本発明により達成される。

【０００７】（１）主として酸化チタンで構成される
光触媒であって、前記酸化チタンは、結晶構造がルチル
型の二酸化チタンを含むことを特徴とする光触媒。

【０００８】（２）主として酸化チタンで構成される
光触媒であって、膜状をなしていることを特徴とする光
触媒。

【０００９】（３）塗布法により形成されたものであ
る上記（２）に記載の光触媒。

【００１０】（４）厚さが、０．１〜３００μｍであ
る上記（２）または（３）に記載の光触媒。

【００１１】（５）主として酸化チタンで構成される
光触媒であって、バンドギャップが３．１ｅＶ以下であ
ることを特徴とする光触媒。

【００１２】（６）主として酸化チタンで構成される
光触媒であって、バンドギャップ低減処理を施すことに
より、バンドギャップを３．１ｅＶ以下としたことを特
徴とする光触媒。

【００１３】（７）前記バンドギャップ低減処理は、
酸素欠陥を形成する酸素欠陥形成法によるものである上
記（６）に記載の光触媒。

【００１４】（８）前記バンドギャップ低減処理は、
チタン原子の一部をチタン原子と異なる金属原子で置換
する原子置換法によるものである上記（６）に記載の光
触媒。

【００１５】（９）塗布法により膜状に形成されたも
のである上記（５）ないし（８）のいずれかに記載の光
触媒。

【００１６】（１０）厚さが、０．１〜３００μｍで
ある上記（９）に記載の光触媒。

【００１７】（１１）前記酸化チタンは、結晶構造が
ルチル型の二酸化チタンを主とするものである上記
（１）ないし（１０）のいずれかに記載の光触媒。

【００１８】（１２）前記酸化チタンは、結晶構造が
ルチル型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタン
との混合物を主とするものである上記（１）ないし（１
０）のいずれかに記載の光触媒。

【００１９】（１３）前記ルチル型の二酸化チタンと
前記アナターゼ型の二酸化チタンとは、重量比で９５：
５〜５：９５である上記（１２）に記載の光触媒。

【００２０】（１４）平均粒径が１０ｎｍ〜１０μｍ
の酸化チタン粉末を用いて製造されたものである上記
（１）ないし（１３）のいずれかに記載の光触媒。

【００２１】（１５）多孔質である上記（１）ないし
（１４）のいずれかに記載の光触媒。

【００２２】（１６）空孔率が１〜７５％である上記
（１５）に記載の光触媒。

【００２３】（１７）表面粗さＲａが５ｎｍ〜１０μ
ｍである上記（１５）または（１６）に記載の光触媒。

【００２４】（１８）光の入射角が９０°での環境汚
染物質の分解率をＲ₉₀とし、光の入射角が５２°での環
境汚染物質の分解率をＲ₅₂としたとき、Ｒ₅₂／Ｒ₉₀が
０．８以上である上記（１）ないし（１７）のいずれか
に記載の光触媒。

【００２５】（１９）酸化チタンを主とする光触媒材
料を塗布法により、膜状の光触媒に形成することを特徴
とする光触媒の製造方法。

【００２６】（２０）塗膜形成後、該塗膜に熱処理を
施す上記（１９）に記載の光触媒の製造方法。

【００２７】（２１）酸化チタン粉末を主とする光触
媒材料を成形して光触媒を得る光触媒の製造方法におい
て、前記酸化チタン粉末の少なくとも一部に対して、バ
ンドギャップ低減処理を施すことにより、バンドギャッ
プを３．１ｅＶ以下の光触媒とすることを特徴とする光
触媒の製造方法。

【００２８】（２２）酸化チタン粉末を主とする光触
媒材料を成形して光触媒を得る光触媒の製造方法におい
て、前記光触媒材料の成形体に対して、バンドギャップ
低減処理を施すことにより、バンドギャップを３．１ｅ
Ｖ以下の光触媒とすることを特徴とする光触媒の製造方
法。

【００２９】（２３）前記成形体は、膜状をなしてい
る上記（２２）に記載の光触媒の製造方法。

【００３０】（２４）前記酸化チタンは、結晶構造が
アナターゼ型の二酸化チタンを含み、前記アナターゼ型
の二酸化チタンの少なくとも一部は、製造中における昇
温によって、ルチル型の二酸化チタンに変化する上記
（１９）ないし（２３）のいずれかに記載の光触媒の製
造方法。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光触媒および光触
媒の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態について
詳細に説明する。

【００３２】図１は、本発明の光触媒を用いた光触媒体
の実施形態を示す断面図である。図２は、本発明の光触
媒の受光面付近の断面図である。

【００３３】図１に示すように、本発明の光触媒３は、
基板（支持体）２に支持され、光触媒体１を構成してい
る。以下、各構成要素について説明する。

【００３４】基板２は、光触媒３の支持部材であり、平
板状の部材で構成されている。基板２は、例えば、ガラ
ス材料、各種セラミックス材料、各種プラスチック材
料、ポリカーボネート（ＰＣ）のような樹脂材料、また
は、アルミニウム、ステンレス、チタンのような金属材
料等で構成されている。

【００３５】基板２の厚さとしては、特に限定されない
が、例えば、０．１〜１．５ｍｍ程度であるのが好まし
く、０．８〜１．２ｍｍ程度であるのがより好ましい。
また、基板２は、多孔質体のような通気性を有するもの
であってもよい。

【００３６】このような基板２の形状としては、板状の
ものに限定されず、例えば、線状、枠状、格子状、網
状、ハニカム構造体等のものであってもよい。なお、こ
のような基板２は、必要に応じて省略することもでき
る。

【００３７】基板２の上面には、光触媒３が設置されて
いる。この光触媒３は、図２に示すように、複数の孔３
１を有する多孔質であるのが好ましい。

【００３８】光触媒３は、その価電子帯と伝導帯の間隔
（バンドギャップ）よりも大きいエネルギーを持つ例え
ば太陽光等の光（以下、単に「光」と言う。）を入射さ
せると、光触媒３内で電子が励起され、電子と正孔（ホ
ール）とを発生する。

【００３９】これらのうち、電子は、光触媒３の表面
（受光面）あるいは孔３１内に存在する酸素分子をスー
パーオキサイドイオンに変換し、一方、正孔は、水分子
を水酸基ラジカルに変換する。

【００４０】これらのスーパーオキサイドイオンおよび
水酸基ラジカルは、それぞれ、強い酸化力を有し、光触
媒３の表面あるいは孔３１内に付着した環境汚染物質を
酸化することにより分解する。

【００４１】光触媒３により分解され得る環境汚染物質
としては、例えば、トリクロロエチレン、テトラクロロ
エチレン、ポリ塩素化ビフェニル（ＰＣＢ）、ダイオキ
シン、アルデヒド類、ケトン類、アルコール類、フェノ
ール類、揮発性炭化水素のような有機化合物、各種窒素
酸化物（ＮＯ_X）、各種硫黄酸化物（ＳＯ_X）、アンモニ
ア、硫化水素のような無機化合物等が挙げられる。

【００４２】この光触媒３は、主として酸化チタンで構
成されている。すなわち、光触媒３は、酸化チタン粉末
を主とする光触媒材料を成形することにより得られる。

【００４３】酸化チタンとしては、例えば、二酸化チタ
ン、一酸化チタン、三酸化二チタン等のうちの、１種ま
たは２種以上を組み合わせて用いることができるが、こ
の中でも、酸化チタンとしては、主として二酸化チタン
で構成されるものが好ましい。二酸化チタンは、光に対
する感受性が高く、より容易かつ確実に電子が励起され
る。このため、酸化チタンとして、主として二酸化チタ
ンを用いた光触媒３は、より確実に電子および正孔を発
生することができる。よって、このような光触媒３は、
環境汚染物質をより高い効率で分解すること、すなわ
ち、触媒機能をより効率良く発揮することができる。

【００４４】さらに、二酸化チタンとしては、結晶構造
がアナターゼ型の二酸化チタンのみからなるものであっ
てもよいが、ルチル型の二酸化チタンを含むものである
のが好ましい。すなわち、二酸化チタンとしては、ルチ
ル型の二酸化チタンを主とするもの、ルチル型の二酸化
チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとの混合物を主と
するものであるのが好ましい。

【００４５】ルチル型の二酸化チタンは、アナターゼ型
の二酸化チタンと比較して、そのバンドギャップが小さ
く（低く）、紫外領域に近い部分の可視光領域の波長の
光を利用することが可能であることから、ルチル型の二
酸化チタンを主とする光触媒３では、光の利用効率に優
れるという利点を有する。

【００４６】また、ルチル型の二酸化チタンは、アナタ
ーゼ型の二酸化チタンと比較して、その結晶構造が安定
していることから、ルチル型の二酸化チタンを主とする
光触媒３では、過酷な環境下に曝された場合でも、経年
変化（劣化）が少なく、安定した性能が長期間継続して
得られるという利点を有する。

【００４７】さらに、ルチル型の二酸化チタンにアナタ
ーゼ型の二酸化チタンを混合すると、すなわち、ルチル
型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとの混
合物を主とする光触媒３では、ルチル型の二酸化チタン
が有する前記の利点に加えて、アナターゼ型の二酸化チ
タンが有する利点、すなわち、その結晶構造が比較的不
安定であることに起因する電子および正孔を発生し易い
という利点をも併せ持つことができるようになる。

【００４８】この場合、ルチル型の二酸化チタンとアナ
ターゼ型の二酸化チタンとは、特に限定されないが、例
えば、重量比で９５：５〜５：９５程度であるのが好ま
しく、８０：２０〜２０：８０程度であるのがより好ま
しい。

【００４９】また、光触媒３は、比較的厚さの大きなも
のであってもよいが、膜状（層状）のものが好ましい。
光触媒３を膜状とすることにより、光触媒３は、光の利
用効率がより向上し、触媒機能がより向上するととも
に、この光触媒３を用いた光触媒体１の薄型化（小型
化）、製造コストの削減を図ることができ有利である。

【００５０】この光触媒３の厚さ（膜厚）としては、特
に限定されないが、例えば、０．１〜３００μｍ程度で
あるのが好ましく、０．５〜１００μｍ程度であるのが
よりましく、１〜２５μｍ程度であるのがさらに好まし
い。光触媒３の厚さが前記の下限値未満の場合、その空
孔率等によっては、光触媒３に入射した光の透過が著し
く、光の利用効率が低下することがある。一方、光触媒
３の厚さを前記の上限値を超えて厚くしても、それ以
上、光の利用効率の増大が見込めない。

【００５１】また、光触媒３のバンドギャップとして
は、特に限定されないが、例えば、３．１ｅＶ以下程度
であるのが好ましく、１．９〜２．７ｅＶ程度であるの
がより好ましい。バンドギャップが前記の範囲内の光触
媒３では、可視光領域（通常、４００〜７５０ｎｍ程
度）の広い範囲の波長の光を利用することができる。よ
って、このような光触媒３では、光の利用効率がより向
上し、触媒機能をより向上することができる。

【００５２】ところで、通常、アナターゼ型の二酸化チ
タンそのもののバンドギャップは、３．２ｅＶ程度、ル
チル型の二酸化チタンそのもののバンドギャップは、
３．０ｅＶ程度である。したがって、光触媒３のバンド
ギャップを前記の範囲内とするためには、何らかの方法
で各固有のバンドギャップを小さく（狭く）する必要が
ある。すなわち、光触媒３には、バンドギャップを小さ
くするバンドギャップ低減処理が施されているのが好ま
しい。

【００５３】このバンドギャップ低減処理の方法として
は、特に限定されないが、例えば、二酸化チタン結晶構
造中に酸素欠陥を形成する方法（以下、この方法を「酸
素欠陥形成法」と言う。）、二酸化チタン結晶構造中の
チタン原子の一部をチタン原子と異なる金属原子で置換
する方法（以下、この方法を「原子置換法」と言う。）
等が挙げられる。以下、これらの方法について詳述す
る。

【００５４】酸素欠陥形成法酸素欠陥形成法としては、特に限定されないが、例え
ば、酸化チタン粉末あるいは光触媒材料を膜状に形成し
た膜状成形体（以下、「光触媒材料の膜状体（塗膜）」
と言う。）を、水素雰囲気中で熱処理する方法、真空
（例えば１０^-5〜１０^-6Ｔｏｒｒ）下で熱処理する方
法、低温プラズマ処理する方法等が挙げられる。この中
でも、酸素欠陥形成法としては、酸化チタン粉末あるい
は光触媒材料の膜状体を、水素雰囲気中で熱処理する方
法が好ましい。

【００５５】これにより、二酸化チタン結晶構造中から
酸素が離脱する。このとき、１個の酸素原子が離脱する
ごとに２個の電子が結晶構造中に残存するようになる。

【００５６】原子置換法原子置換法としては、例えば、光触媒材料中に、例えば
前記の金属原子あるいはその酸化物からなる無機増感剤
を添加し、かかる無機増感剤が添加された光触媒材料の
膜状体を焼成（焼結）する方法、光触媒材料の膜状体に
対して前記の金属原子をイオン化したものを注入する
（打ち込む）方法等が挙げられる。この中でも、原子置
換法としては、無機増感剤が添加された光触媒材料の膜
状体を焼成する方法がより好ましい。

【００５７】これにより、無機増感剤を構成する金属原
子の一部は、二酸化チタン結晶構造の格子の位置に、チ
タン原子の一部と置換する形で存在するようになる。

【００５８】なお、このような原子置換法は、光触媒材
料の膜状体に代わり、酸化チタン粉末に対して施すよう
にしてもよい。

【００５９】また、前述したように、本発明の光触媒３
は、多孔質であるのが好ましいが、この多孔質の度合を
表す指標としては、例えば、光触媒３の空孔率（気孔
率）、光触媒３の受光面の表面粗さＲａ等がある。以
下、これらの空孔率および受光面の表面粗さＲａについ
て説明する。

【００６０】光触媒３の空孔率としては、特に限定され
ないが、例えば、１〜７５％程度であるのが好ましく、
１５〜６５％程度であるのがより好ましく、３５〜５５
％程度であるのがさらに好ましい。図２は、光触媒３の
受光面付近に、光が入射している状態を模式的に示して
いる。図２に示すように、光触媒３の空孔率を前記の範
囲内とすると、光（図２中の矢印）は、光触媒３の表面
（受光面）から、さらに内部まで侵入し、孔３１内で多
重反射される。このため、光は、より広い範囲で、光触
媒３に接触することになる。

【００６１】また、光触媒３の空孔率を前記の範囲内と
すると、環境汚染物質は、光触媒３の表面から、さらに
内部にまで到達する。このため、光触媒３は、環境汚染
物質との接触面積を十分に確保することができる。

【００６２】このようなことから、光触媒３は、環境汚
染物質をより高い効率で分解することができる。

【００６３】また、この場合、光触媒３の表面積は、緻
密質の光触媒の表面積と比較して、大幅に増大（例え
ば、５０〜１００００倍）する。このため、光触媒３の
光および環境汚染物質との接触面積が増大する。これに
より、本発明の光触媒３では、緻密質の光触媒と比較し
て、環境汚染物質をより高い効率（例えば、５０〜１０
０００倍）で分解できる。

【００６４】また、光触媒３の受光面の表面粗さＲａと
しては、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ〜１０μ
ｍ程度であるのが好ましく、２０ｎｍ〜１μｍ程度であ
るのがより好ましい。光触媒３の受光面の表面粗さＲａ
を前記の範囲内とすることにより、光触媒３の受光面
は、光および環境汚染物質との接触面積を十分に確保す
ることができる。このため、このような光触媒３は、環
境汚染物質をより高い効率で分解することができる。

【００６５】なお、本発明では、光触媒３は、空孔率あ
るいは受光面の表面粗さＲａのいずれか一方が前記条件
を満足するのが好ましく、空孔率および受光面の表面粗
さＲａの双方が前記条件を満足するのがより好ましい。

【００６６】このような光触媒３は、光の入射角が９０
°での環境汚染物質の分解率をＲ₉₀とし、光の入射角が
５２°での環境汚染物質の分解率をＲ₅₂としたとき、Ｒ
₅₂／Ｒ₉₀が０．８以上程度となるような特性を有してい
るのが好ましく、０．８５以上程度であるのがより好ま
しい。このような条件を満たすということは、光触媒３
が光に対する指向性が低い、すなわち、等方性を有する
ということである。

【００６７】このような光触媒３を用いた光触媒体１
は、例えば、次のようにして製造することができる。＜１＞まず、例えばアルミナ等からなる多孔質体で構
成された基板２を用意する。

【００６８】＜２＞次に、光触媒３を基板２の上面に
形成する。光触媒３は、光触媒材料を、例えば、ディッ
ピング、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、
スプレー塗装、ロールコーター等の各種塗布法、溶射法
等の方法により膜状（厚膜および薄膜）に形成すること
ができる。この中でも、光触媒３の形成方法としては、
各種塗布法によるものが好ましい。

【００６９】このような塗布法によれば、その操作は、
極めて簡単であり、かつ、大掛かりな装置も必要としな
いので、光触媒３の製造コストの削減、製造時間の短縮
に有利である。また、塗布法によれば、例えばマスキン
グ等を用いることにより、所望のパターン形状の光触媒
３を容易に得ることができる。

【００７０】以下に、光触媒３の塗布法による成形方法
について説明する。なお、以下の説明では、バンドギャ
ップ低減処理の方法（酸素欠陥形成法および原子置換
法）の相違により区別して説明するが、同様の事項につ
いては、後に説明するものでは省略する。さらに、酸素
欠陥形成法については、酸化チタン粉末に対して施す場
合と、光触媒材料の膜状体に対して施す場合とに分けて
説明する。

【００７１】＜２Ａ＞：酸素欠陥形成法を用いる場合
（酸化チタン粉末に対して施す場合）［酸化チタン粉末の調整］（Ａ０）ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型
の二酸化チタン粉末とを所定の配合比（ルチル型の二酸
化チタン粉末のみの場合も含む）にて、配合し混合して
おく。なお、後述する酸素欠陥形成法による熱処理で、
二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ
転移（変化）することを想定している場合には、アナタ
ーゼ型の二酸化チタン粉末のみを用いてもよい。

【００７２】これらのルチル型の二酸化チタン粉末の平
均粒径と、アナターゼ型の二酸化チタン粉末の平均粒径
とは、それぞれ異なっていてもよいし、同じであっても
よいが、異なっている方が好ましい。

【００７３】また、酸化チタン粉末全体としての平均粒
径は、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ〜１０μ
ｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００ｎｍ程度であ
るのがより好ましい。酸化チタン粉末の平均粒径を前記
の範囲内とすることにより、酸化チタン粉末の後述する
塗布液（光触媒材料）中での均一性が向上する。また、
このように酸化チタン粉末の平均粒径を小さくすること
により、得られる光触媒３の受光面は、光および環境汚
染物質との接触面積をより大きくすることができる。

【００７４】（Ａ１）次に、前記配合された酸化チタ
ン粉末に、酸素欠陥形成法による熱処理を施す。このと
きの熱処理条件としては、水素雰囲気中で、好ましくは
温度８００〜１２００℃程度で、０．２〜３時間程度、
より好ましくは温度９００〜１２００℃程度で、０．５
〜１時間程度とされる。

【００７５】このとき、酸化チタン粉末がアナターゼ型
の二酸化チタン粉末を含有している場合、前記の熱処理
温度、熱処理時間によっては、アナターゼ型の二酸化チ
タンは、その結晶構造の一部または全部がルチル型へ転
移することがある。

【００７６】なお、酸素欠陥形成法は、前記工程（Ａ
０）前に、ルチル型の二酸化チタン粉末および／または
アナターゼ型の二酸化チタン粉末に対して施し、かかる
二酸化チタン粉末を配合して、酸化チタン粉末を調整す
るようにしてもよい。この場合、本工程（Ａ１）は、省
略することができる。

【００７７】［塗布液（光触媒材料）の調整］（Ａ２）まず、前記工程で調整した酸化チタン粉末を
適当量の水（例えば、蒸留水、超純水、イオン交換水、
ＲＯ水等）に懸濁する。

【００７８】（Ａ３）次に、かかる懸濁液に、例えば
硝酸等の安定化剤を添加し、メノウ製（またはアルミナ
製）の乳鉢内で十分に混練する。

【００７９】（Ａ４）次いで、かかる懸濁液に、前記
の水を加えてさらに混練する。このとき、前記安定化剤
と水との配合比は、体積比で好ましくは１０：９０〜４
０：６０程度、より好ましくは１５：８５〜３０：７０
程度とし、かかる懸濁液の粘度を、例えば０．２〜３０
ｃｐｓ程度とする。

【００８０】（Ａ５）その後、かかる懸濁液に、例え
ば、最終濃度が０．０１〜５ｗｔ％程度となるように界
面活性剤を添加して混練する。これにより、塗布液（光
触媒材料）を調整する。

【００８１】なお、界面活性剤としては、カチオン性、
アニオン性、両イオン性、非イオン性のいずれであって
もよいが、好ましくは非イオン性のものが用いられる。

【００８２】また、安定化剤としては、硝酸に代わり、
酢酸やアセチルアセトンのような酸化チタンの表面修飾
試薬を用いることもできる。

【００８３】また、塗布液（光触媒材料）中には、必要
に応じて、例えばポリエチレングリコールのようなバイ
ンダー、可塑剤、酸化防止剤等の各種添加物を添加して
もよい。

【００８４】［光触媒３の形成］（Ａ６）基板２の上面に、塗布法（例えば、ディッピ
ング等）により、塗布液を塗布・乾燥して光触媒材料の
膜状体（塗膜）を形成する。また、本発明では、塗布・
乾燥の操作を複数回行って積層してもよい。

【００８５】次いで、この光触媒材料の膜状体に対し
て、必要に応じて、例えば、温度２５０〜５００℃程度
で０．５〜３時間程度、熱処理（例えば、焼成等）して
光触媒３を得る。これにより、単に接触するのに止まっ
ていた酸化チタン粉末同士は、その接触部位に拡散が生
じ、酸化チタン粉末同士がある程度固着（固定）するよ
うになる。

【００８６】（Ａ７）前記工程（Ａ６）で得られた光
触媒３には、必要に応じて、後処理を行うことができ
る。

【００８７】この後処理としては、例えば、光触媒３の
形状を整えるための、研削、研磨等のような機械加工
（後加工）や、その他、洗浄、化学処理のような後処理
等が挙げられる。

【００８８】なお、前記の受光面の表面粗さＲａは、本
工程（Ａ７）での後処理によって調節するようにしても
よい。

【００８９】＜２Ｂ＞：酸素欠陥形成法を用いる場合
（光触媒材料の膜状体に対して施す場合）［酸化チタン粉末の調整］前記工程（Ａ０）と同様の工
程を行う。なお、前記工程（Ａ１）は、省略される。

【００９０】［塗布液（光触媒材料）の調整］前記工程
（Ａ２）〜（Ａ５）と同様の工程を行う。

【００９１】［光触媒３の形成］（Ｂ６）前記工程（Ａ６）と同様の工程を行った後、
光触媒材料の膜状体に対して酸素欠陥形成法による熱処
理を施して光触媒３を得る。この熱処理条件としては、
水素雰囲気中で、好ましくは温度８００〜１２００℃程
度で、０．２〜３時間程度、より好ましくは温度９００
〜１２００℃程度で、０．５〜１時間程度とされる。

【００９２】なお、この場合、前記工程（Ａ６）の熱処
理（例えば、焼成等）は、この酸素欠陥形成法による熱
処理で兼用することもできる。

【００９３】また、この場合、基板２は、光触媒材料の
膜状体ごと酸素欠陥形成法による熱処理が施されるた
め、基板２の構成材料は、かかる熱処理に耐え得るもの
であるのが好ましい。この後、必要に応じて、前記工程
（Ａ７）を行う。

【００９４】＜２Ｃ＞：原子置換法を用いる場合［酸化チタン粉末の調整］（Ｃ０）ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型
の二酸化チタン粉末とを所定の配合比（ルチル型の二酸
化チタン粉末のみの場合も含む）にて、配合し混合して
おく。なお、後述する原子置換法による焼成で、二酸化
チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移
（変化）することを想定している場合には、アナターゼ
型の二酸化チタン粉末のみを用いてもよい。なお、前記
工程（Ａ１）は、省略される。

【００９５】［塗布液（光触媒材料）の調整］前記工程
（Ａ２）〜（Ａ４）と同様の工程を行う。

【００９６】（Ｃ５）前記工程（Ａ５）と同様の工程
において、懸濁液中に、無機増感剤を添加して混練す
る。これにより、塗布液（光触媒材料）を調整する。

【００９７】この無機増感剤としては、特に限定されな
いが、例えば、クロム、バナジウム、ニッケル、鉄、マ
ンガン、銅、亜鉛、ニオブ、またはこれらの酸化物等が
挙げられ、これらのうちの、１種または２種以上を組合
わせて用いることができる。

【００９８】また、無機増感剤の含有量としては、特に
限定されないが、例えば、酸化チタン粉末１ｇに対し
て、０．１〜２．５μｍｏｌ程度であるのが好ましく、
０．５〜２．０μｍｏｌ程度であるのがより好ましい。

【００９９】なお、酸化チタン粉末がアナターゼ型の二
酸化チタン粉末を含有し、アナターゼ型の二酸化チタン
の結晶構造がルチル型へ転移するのを防止したい場合に
は、焼結助剤を添加するようにする。

【０１００】焼結助剤としては、融点が９００℃以下の
金属酸化物であるのが好ましい。この金属酸化物として
は、特に限定されないが、例えば、三酸化モリブデン、
三酸化二ビスマス、酸化鉛、酸化パラジウム、三酸化二
アンチモン、二酸化テルル、三酸化二タリウム等が挙げ
られ、これらのうちの、１種または２種以上を組合わせ
て用いることができる。

【０１０１】この場合、焼結助剤と酸化チタン粉末との
配合比としては、特に限定されないが、例えば、体積比
で１：９９〜４０：６０程度であるのが好ましく、５：
９５〜２０：８０程度であるのがより好ましい。

【０１０２】これにより、光触媒材料の膜状体を、９０
０℃以下の温度で焼成（焼結）できるので、二酸化チタ
ンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移するの
をより確実に防止（抑制）することができる。

【０１０３】［光触媒３の形成］（Ｃ６）前記工程（Ａ６）と同様の工程を行った後、
光触媒材料の膜状体を、例えば、大気、窒素ガス、また
は各種不活性ガス、真空、減圧状態（例えば、１０^-1〜
１０^-6Ｔｏｒｒ）のような非酸化性雰囲気中で焼成（焼
結）する。これにより、二酸化チタン結晶構造中のチタ
ン原子の一部が無機増感剤を構成する金属原子の一部と
置換された光触媒３を得る。このときの焼成条件として
は、例えば、次のようにすることができる。

【０１０４】酸化チタン粉末がアナターゼ型の二酸
化チタン粉末を含有しない場合、もしくは、二酸化チタ
ンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移するこ
とを想定している場合、好ましくは温度１０００〜１２
００℃程度で０．５〜１０時間程度とされる。

【０１０５】二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ
型からルチル型へ転移することを想定していない（防止
したい）場合、好ましくは温度９００℃以下程度で１〜
２６時間程度とされる。

【０１０６】なお、この場合、前記工程（Ａ６）の熱処
理（例えば、焼成等）は、この原子置換法による焼成で
兼用することもできる。

【０１０７】また、このような原子置換法は、酸化チタ
ン粉末の調整前に、ルチル型の二酸化チタン粉末および
／またはアナターゼ型の二酸化チタン粉末に施すように
してもよいし、酸化チタン粉末の調整後に、かかる酸化
チタン粉末に施すようにしてもよい。これらの場合、本
工程（Ｃ６）の工程は、省略することができる。

【０１０８】この後、必要に応じて、前記工程（Ａ７）
を行う。以上のような工程を経て、光触媒３が製造され
る。

【０１０９】ここで、総括すると、ルチル型の二酸化
チタンそのもののバンドギャップは、アナターゼ型の二
酸化チタンそのもののバンドギャップより小さい。ル
チル型の二酸化チタンおよびアナターゼ型の二酸化チタ
ンは、双方ともにバンドギャップ低減処理を施すことに
より、各固有のバンドギャップが小さくなる。というこ
とが言える。

【０１１０】したがって、これらのことを考慮して、本
発明の光触媒３では、バンドギャップ低減処理が施され
ていないルチル型の二酸化チタン粉末、バンドギャップ
低減処理が施されているルチル型の二酸化チタン粉末、
バンドギャップ低減処理が施されていないアナターゼ型
の二酸化チタン粉末、および、バンドギャップ低減処理
が施されているアナターゼ型の二酸化チタン粉末の４種
の二酸化チタン粉末の配合比や、バンドギャップ低減処
理の方法を適宜選択することにより、前述したようなバ
ンドギャップを得るようにする。

【０１１１】また、例えば、前記工程（Ａ１）、（Ｂ
６）あるいは（Ｃ６）における昇温によって、アナター
ゼ型の二酸化チタンを容易にルチル化することができる
ので、入手容易なアナターゼ型の二酸化チタンを用い
て、バンドギャップの低いルチル型の二酸化チタンとす
ることができる。これにより、光触媒３をより容易かつ
安価に製造することができる。

【０１１２】なお、本発明では、アナターゼ型の二酸化
チタンをルチル化させる昇温（熱処理）工程を、別途設
けるようにしてもよい。

【０１１３】以上、本発明の光触媒および光触媒の製造
方法を図示の実施形態について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

【０１１４】例えば、本発明の光触媒は、単体として用
いることができ、この場合、光触媒の形状は、膜状（層
状）のものに限定されず、例えば、線状、ペレット状、
粒状等のいかなるものであってもよい。

【０１１５】また、本発明の光触媒は、例えば、各種吸
気系または排気系、空気清浄機、ガス処理装置等の気体
流路中に設置して使用したり、あるいは、壁材、浴室、
トイレ等の住宅設備部材、道路の標識、防音壁等に用い
たりすることができる。

【０１１６】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【０１１７】（実施例１）次のようにして、図１に示す
光触媒体を製造した。

【０１１８】−１− まず、寸法：縦１００ｍｍ×横１
３０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのアルミナからなる多孔質体
（基板）を用意した。

【０１１９】−２− 次に、かかる多孔質体の上面に、
寸法：縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１０μｍの光
触媒を形成した。これは、次のようにして行った。

【０１２０】［酸化チタン粉末の調整］水素雰囲気中
で、１０００℃で０．５時間、熱処理を行うことにより
酸素欠陥形成法を施したルチル型の二酸化チタン粉末
と、アナターゼ型の二酸化チタン粉末との混合物からな
る酸化チタン粉末を用意した。なお、酸化チタン粉末の
平均粒径は、４０ｎｍであり、ルチル型の二酸化チタン
粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末との配合比は、
重量比で６０：４０とした。

【０１２１】［塗布液（光触媒材料）の調整］まず、調
整した酸化チタン粉末５０ｇを、蒸留水１００ｍＬに懸
濁した。

【０１２２】次に、かかる懸濁液に硝酸（安定化剤）５
０ｍＬを添加し、メノウ製の乳鉢内で十分に混練した。

【０１２３】次いで、かかる懸濁液に蒸留水１００ｍＬ
を加えてさらに混練した。この蒸留水の添加により、硝
酸と水との配合比が、最終的に２０：８０（体積比）と
なるようにした。なお、このとき、懸濁液の粘度は、５
ｃｐｓであった。

【０１２４】次いで、かかる懸濁液に、非イオン性の界
面活性剤（ICN Biomedical社製、「Triton-X 100」）を
最終濃度が５ｗｔ％になるように添加して混練した。こ
れにより、塗布液（光触媒材料）を調整した。

【０１２５】［光触媒の形成］多孔質体の上面に、ディ
ッピング（塗布法）により光触媒材料の膜状体（塗膜）
を形成し、次いで、温度４００℃で２時間、焼成（熱処
理）を行うことにより光触媒を得た。

【０１２６】なお、得られた光触媒は、空孔率が５４
％、受光面の表面粗さＲａが０．６５μｍであった。

【０１２７】（実施例２）ルチル型の二酸化チタン粉末
と、アナターゼ型の二酸化チタン粉末との混合物からな
る酸化チタン粉末を用意した。なお、酸化チタン粉末の
平均粒径は、４０ｎｍであり、ルチル型の二酸化チタン
粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末との配合比は、
重量比で６０：４０とした。

【０１２８】次いで、酸化チタン粉末に、水素雰囲気中
で、１０００℃で０．５時間、熱処理を行うことにより
酸素欠陥形成法を施した。

【０１２９】かかる酸化チタン粉末を用いたこと、およ
び、塗布液中の非イオン性の界面活性剤の最終濃度を４
ｗｔ％となるように調整したこと以外は、前記実施例１
と同様にして光触媒を得て、光触媒体を製造した。

【０１３０】なお、得られた光触媒は、空孔率が５０
％、受光面の表面粗さＲａが０．５６μｍであった。

【０１３１】（実施例３）ルチル型の二酸化チタン粉末
のみからなる酸化チタン粉末を用いたこと、および、塗
布液中の非イオン性の界面活性剤の最終濃度を３ｗｔ％
となるように調整したこと以外は、前記実施例２と同様
にして光触媒を得て、光触媒体を製造した。

【０１３２】なお、得られた光触媒は、空孔率が４６
％、受光面の表面粗さＲａが０．４８μｍであった。

【０１３３】（実施例４）酸化チタン粉末に代わり、光
触媒材料の膜状体に酸素欠陥形成法を施したこと、およ
び、塗布液中の非イオン性の界面活性剤の最終濃度を２
ｗｔ％となるように調整したこと以外は、前記実施例２
と同様にして光触媒を得て、光触媒体を製造した。

【０１３４】なお、光触媒材料の膜状体に対して酸素欠
陥形成法を施すため、酸化チタン粉末への酸素欠陥形成
法による熱処理は省略した。

【０１３５】［塗布液（光触媒材料）の調整］前記実施
例２と同様にして塗布液（光触媒材料）を調整した。な
お、塗布液中の非イオン性の界面活性剤の最終濃度を２
ｗｔ％とした。

【０１３６】［光触媒の形成］前記実施例２と同様にし
て光触媒材料の膜状体を形成し、次いで、光触媒材料の
膜状体に、水素雰囲気中で、１０００℃で０．５時間、
熱処理（酸素欠陥形成法）を行うことにより光触媒を得
た。

【０１３７】なお、得られた光触媒は、空孔率が４１
％、受光面の表面粗さＲａが０．４０μｍであった。

【０１３８】（実施例５）酸素欠陥形成法に代わり、原
子置換法を用いたこと、および、塗布液中の非イオン性
の界面活性剤の最終濃度を１ｗｔ％となるように調整し
たこと以外は、前記実施例４と同様にして光触媒を得
て、光触媒体を製造した。

【０１３９】［塗布液（光触媒材料）の調整］前記実施
例４と同様にして塗布液（光触媒材料）を調整した。な
お、塗布液中の非イオン性の界面活性剤の最終濃度を１
ｗｔ％とした。

【０１４０】この塗布液に三酸化二クロム（無機増感
剤）と三酸化モリブデン（焼結助剤）とを混合した。な
お、三酸化二クロムおよび三酸化モリブデンの含有量ま
たは配合比は、以下の通りである。

【０１４１】＜三酸化二クロム＞酸化チタン粉末１
ｇに対して、０．９μｍｏｌ＜三酸化モリブデン＞酸化チタン粉末：三酸化モリブ
デン＝９０：１０（体積比）

【０１４２】［光触媒の形成］前記実施例４と同様にし
て光触媒材料の膜状体を形成し、次いで、光触媒材料の
膜状体を、大気中で、８００℃で３時間焼成することに
より、光触媒を得た。

【０１４３】なお、得られた光触媒は、空孔率が３７
％、受光面の表面粗さＲａが０．３２μｍであった。

【０１４４】（比較例）ブロック状の光触媒（寸法：縦
１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を得て、前記
実施例１と同様にして基板を配設し、光触媒体を製造し
た。光触媒は、次に示すような金属粉末射出成形法によ
り製造した。

【０１４５】［酸化チタン粉末の調整］アナターゼ型の
二酸化チタン粉末からのみなる酸化チタン粉末を用意し
た。なお、酸化チタン粉末の平均粒径は、４０ｎｍであ
った。

【０１４６】［混練物（光触媒材料）の調整］調整した
酸化チタン粉末と、三酸化モリブデン（焼結助剤）と、
エチレン−酢酸ビニル共重合体（バインダー）とを混合
し、該混合物を混練機により、１３０℃で６０分間、大
気中で混練して混練物（コンパウンド）を得た。なお、
三酸化モリブデンおよびエチレン−酢酸ビニル共重合体
の配合比は、以下の通りである。

【０１４７】＜三酸化モリブデン＞酸化チタン粉末：
三酸化モリブデン＝９０：１０（体積比）＜エチレン−酢酸ビニル共重合体＞酸化チタン粉末：
エチレン−酢酸ビニル共重合体＝３５：６５（体積比）

【０１４８】［光触媒の形成］混練物を射出成形機によ
り射出成形して、ブロック状の光触媒材料の成形体を製
造した。なお、このときの成形条件は、材料（混練物）
粘度が２０００ｐｓ、材料温度が１５０℃、射出圧力
が、４００ｋｇｆ／ｃｍ²、金型温度が２５℃であっ
た。

【０１４９】次に、得られた光触媒材料の成形体を、大
気中で、４６０℃で１０時間、脱脂処理（脱バインダー
処理）を施した。

【０１５０】次に、脱脂処理がなされた光触媒材料の成
形体を大気中で、８００℃で３時間、焼成（熱処理）し
て光触媒を得た。

【０１５１】なお、得られた光触媒は、空孔率が４５
％、受光面の表面粗さＲａが０．４５μｍであった。

【０１５２】（実験）実施例１〜５および比較例の光触
媒体における光触媒のバンドギャップを、それぞれ、バ
ンドギャップ測定装置を用いて周知の方法により測定し
た。

【０１５３】（評価）実施例１〜５および比較例におい
て製造した光触媒体を、それぞれ、アセトアルデヒド
（環境汚染物質）濃度を２０ｐｐｍに保持した透明容器
内に設置し、各光触媒体に対して、人工太陽灯の光を１
０分間照射した。１０分間経過後、各透明容器内のアセ
トアルデヒド濃度を測定して、かかる測定結果に基づい
てアセトアルデヒドの分解率を算出した。なお、光触媒
への光の入射角度は、９０°と５２°とに設定し、光の
入射角度が９０°のときのアセトアルデヒドの分解率を
Ｒ ₉₀とし、５２°のときのアセトアルデヒドの分解率を
Ｒ₅₂とした。これらの実験および評価の結果を表１に示
す。

【０１５４】

【表１】

【０１５５】表１に示す結果から、比較例の光触媒に比
べて、本発明の光触媒（実施例１〜５）は、いずれも、
バンドギャップが小さく、アセトアルデヒドの分解能力
に優れるものであった。

【０１５６】また、本発明の光触媒（実施例１〜５）
は、いずれも、Ｒ₅₂／Ｒ₉₀が０．８５以上であり、この
ことは、本発明の光触媒が、光に対する指向性がより低
いことを示すものであった。

【０１５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、環
境汚染物質の分解能力（触媒機能）に優れる光触媒およ
び光触媒の製造方法を提供することができる。

【０１５８】また、酸化チタンの種類（特に、結晶構
造）、光触媒の厚さ、バンドギャップ等の特性を適宜選
択することにより、環境汚染物質の分解能力がより向上
する。

【０１５９】また、光触媒を多孔質とし、その空孔率、
受光面の表面粗さＲａを選択することにより、環境汚染
物質の分解能力がより向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒を用いた光触媒体の実施形態を
示す断面図である。

【図２】本発明の光触媒の受光面付近の断面図である。

【符号の説明】

１光触媒体２基板３光触媒３１孔

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/08 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＪＦターム(参考） 4D048 AA19 AA21 AA22 AB03 BA07X BA13X BA25X BA26X BA41X BB03 BB17 EA01 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA04A BA04B BA13A BA14A BA17 BA22A BA48A BB04A BB04B BC58A BC58B BC59A BC59B EA07 EA11 EB05 EB15X EB15Y EC22X EC22Y EC27 FB23 FB30 FB44 FC08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主として酸化チタンで構成される光触媒
であって、前記酸化チタンは、結晶構造がルチル型の二
酸化チタンを含むことを特徴とする光触媒。
【請求項２】主として酸化チタンで構成される光触媒
であって、膜状をなしていることを特徴とする光触媒。
【請求項３】塗布法により形成されたものである請求
項２に記載の光触媒。
【請求項４】厚さが、０．１〜３００μｍである請求
項２または３に記載の光触媒。
【請求項５】主として酸化チタンで構成される光触媒
であって、バンドギャップが３．１ｅＶ以下であること
を特徴とする光触媒。
【請求項６】主として酸化チタンで構成される光触媒
であって、バンドギャップ低減処理を施すことにより、
バンドギャップを３．１ｅＶ以下としたことを特徴とす
る光触媒。
【請求項７】前記バンドギャップ低減処理は、酸素欠
陥を形成する酸素欠陥形成法によるものである請求項６
に記載の光触媒。
【請求項８】前記バンドギャップ低減処理は、チタン
原子の一部をチタン原子と異なる金属原子で置換する原
子置換法によるものである請求項６に記載の光触媒。
【請求項９】塗布法により膜状に形成されたものであ
る請求項５ないし８のいずれかに記載の光触媒。
【請求項１０】厚さが、０．１〜３００μｍである請
求項９に記載の光触媒。
【請求項１１】前記酸化チタンは、結晶構造がルチル
型の二酸化チタンを主とするものである請求項１ないし
１０のいずれかに記載の光触媒。
【請求項１２】前記酸化チタンは、結晶構造がルチル
型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとの混
合物を主とするものである請求項１ないし１０のいずれ
かに記載の光触媒。
【請求項１３】前記ルチル型の二酸化チタンと前記ア
ナターゼ型の二酸化チタンとは、重量比で９５：５〜
５：９５である請求項１２に記載の光触媒。
【請求項１４】平均粒径が１０ｎｍ〜１０μｍの酸化
チタン粉末を用いて製造されたものである請求項１ない
し１３のいずれかに記載の光触媒。
【請求項１５】多孔質である請求項１ないし１４のい
ずれかに記載の光触媒。
【請求項１６】空孔率が１〜７５％である請求項１５
に記載の光触媒。
【請求項１７】表面粗さＲａが５ｎｍ〜１０μｍであ
る請求項１５または１６に記載の光触媒。
【請求項１８】光の入射角が９０°での環境汚染物質
の分解率をＲ₉₀とし、光の入射角が５２°での環境汚染
物質の分解率をＲ₅₂としたとき、Ｒ₅₂／Ｒ₉₀が０．８以
上である請求項１ないし１７のいずれかに記載の光触
媒。
【請求項１９】酸化チタンを主とする光触媒材料を塗
布法により、膜状の光触媒に形成することを特徴とする
光触媒の製造方法。
【請求項２０】塗膜形成後、該塗膜に熱処理を施す請
求項１９に記載の光触媒の製造方法。
【請求項２１】酸化チタン粉末を主とする光触媒材料
を成形して光触媒を得る光触媒の製造方法において、前記酸化チタン粉末の少なくとも一部に対して、バンド
ギャップ低減処理を施すことにより、バンドギャップを
３．１ｅＶ以下の光触媒とすることを特徴とする光触媒
の製造方法。
【請求項２２】酸化チタン粉末を主とする光触媒材料
を成形して光触媒を得る光触媒の製造方法において、前記光触媒材料の成形体に対して、バンドギャップ低減
処理を施すことにより、バンドギャップを３．１ｅＶ以
下の光触媒とすることを特徴とする光触媒の製造方法。
【請求項２３】前記成形体は、膜状をなしている請求
項２２に記載の光触媒の製造方法。
【請求項２４】前記酸化チタンは、結晶構造がアナタ
ーゼ型の二酸化チタンを含み、前記アナターゼ型の二酸
化チタンの少なくとも一部は、製造中における昇温によ
って、ルチル型の二酸化チタンに変化する請求項１９な
いし２３のいずれかに記載の光触媒の製造方法。