JP2003190810A - Photocatalytic material and method for manufacturing the same - Google Patents

Photocatalytic material and method for manufacturing the same

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JP2003190810A
JP2003190810A JP2001392804A JP2001392804A JP2003190810A JP 2003190810 A JP2003190810 A JP 2003190810A JP 2001392804 A JP2001392804 A JP 2001392804A JP 2001392804 A JP2001392804 A JP 2001392804A JP 2003190810 A JP2003190810 A JP 2003190810A
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photocatalyst
crystal
photocatalyst material
hollow
photocatalytic
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Application number
JP2001392804A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kudo
武志 工藤
Yuuko Nakamura
友宇子 中村
Fumie Kawanami
文江 川浪
Kazuto Kudo
一人 工藤
Azuma Ruike
東 類家
Akira Ikegami
昭 池上
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Andes Electric Co Ltd
Original Assignee
Andes Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an oxide photocatalytic material having a high activity photocatalytic function. <P>SOLUTION: In the photocatalytic material 10, in the basic constitution of a columnar hollow crystal comprising a base 2 for fixation on the surface of a photocatalytic material carrier 1 and a photocatalyst crystal body 3 which elongates from the base 2 and has a hollow columnar structure, an internal exposure structure 8 is disposed which runs to the hollow interior 5 of the photocatalyst crystal body 3 and has a function to expose an aggregate structure of photocatalyst particles 6 present in the hollow interior 5 because a part of a surface of 4 the crystal body 3 is removed or an outer wall part 4 is formed at low density. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光触媒材料とその製
造方法に関し、特に、酸化物光触媒において、特異な結
晶形状を有し、高活性の光触媒機能を得ることができる
酸化物光触媒材料とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photocatalyst material and a method for producing the same, and more particularly to an oxide photocatalyst having an unusual crystal shape and capable of obtaining a highly active photocatalytic function and the production thereof. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化チタンに代表される酸化物光触媒
は、そのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の
光を照射すると、光励起により光触媒機能を発現するこ
とは従来から知られている。光触媒機能の発現機構は、
光励起により伝導帯に電子を生じ、価電子帯に正孔を生
じることに起因する。電子の強い還元力、正孔の強い酸
化力により、光触媒に接触してくる有機物や窒素酸化物
を水や炭酸ガスなどに分解するものであり、防汚、防
臭、抗菌機能等を有している。
2. Description of the Related Art It is conventionally known that an oxide photocatalyst typified by titanium oxide exhibits a photocatalytic function by photoexcitation when irradiated with light having a wavelength having an energy larger than its band gap. The expression mechanism of the photocatalytic function is
This is because photoexcitation produces electrons in the conduction band and holes in the valence band. Due to the strong reducing power of electrons and the strong oxidizing power of holes, it decomposes organic substances and nitrogen oxides that come into contact with the photocatalyst into water and carbon dioxide, and has antifouling, deodorizing, and antibacterial functions. There is.

【0003】このような酸化物光触媒の防汚、防臭、抗
菌機能を利用した環境浄化方法、装置が現在注目されて
いる。つまり、昨今の水質汚染、大気汚染等の環境汚染
問題に起因するものである。このような状況において、
環境浄化方法の高性能化および高効率化を図るために
は、酸化物光触媒自体の光触媒機能の高活性化が求めら
れる。
At present, an environmental purification method and apparatus utilizing the antifouling, deodorizing, and antibacterial functions of such oxide photocatalysts are drawing attention. That is, it is caused by recent environmental pollution problems such as water pollution and air pollution. In this situation,
In order to improve the performance and efficiency of the environmental purification method, it is required to highly activate the photocatalytic function of the oxide photocatalyst itself.

【0004】酸化物光触媒材料は通常粉末状で用いられ
ていたため、取り扱いが非常に難しく、環境浄化装置に
組み込むのは困難であった。粉末状の酸化物光触媒を固
定化するために、粉末状の酸化物光触媒を有機バインダ
ーと混合して基材上に塗布し、それを常温下または加熱
して固定させる方法がある。しかし、この方法は有機物
が酸化物光触媒表面の一部または大部分を覆ってしまう
ため、光触媒機能は粉末そのものに比べ、著しく不活性
化するという欠点があった。さらに光触媒機能によって
有機物である有機バインダーが分解されてしまうため、
被膜強度が劣化し、粉末が次第に脱落してしまう、とい
う耐久性に係るもう一つの大きな問題がある。光触媒機
能は、光触媒が表面に露出して初めて機能を発揮するも
のである。無機バインダーで粉末状の酸化物光触媒を固
定化した場合、粉末の脱落という欠点は克服されたが、
酸化物光触媒の一部をバインダ−が覆うため、光触媒機
能発現のために有効な表面の面積が減少し、光触媒機能
が著しく低下してしまうという問題は改善されることは
ない。
Since the oxide photocatalyst material is usually used in the form of powder, it is very difficult to handle, and it has been difficult to incorporate it into an environmental purification device. In order to fix the powdery oxide photocatalyst, there is a method in which the powdery oxide photocatalyst is mixed with an organic binder and applied onto a base material, and the mixture is fixed at room temperature or by heating. However, this method has a drawback that the photocatalytic function is significantly inactivated as compared with the powder itself because the organic material covers a part or most of the surface of the oxide photocatalyst. Furthermore, since the organic binder, which is an organic substance, is decomposed by the photocatalytic function,
There is another major problem related to durability, in which the film strength deteriorates and the powder gradually falls off. The photocatalytic function exhibits its function only when the photocatalyst is exposed on the surface. When the powdered oxide photocatalyst was fixed with an inorganic binder, the disadvantage of powder falling off was overcome,
Since the binder covers a part of the oxide photocatalyst, the surface area effective for manifesting the photocatalytic function is reduced, and the problem that the photocatalytic function is significantly deteriorated cannot be solved.

【0005】上記の粉末状酸化物光触媒の問題点を解決
するべく、これまで数多くの酸化物光触媒の作製技術が
提案されている。その作製技術として、特開平8−26
6910、特開平9−192498等に開示される真空
蒸着法、特開平8−309204、特開平11−127
20等に開示されるスパッタリング法、特開平7−10
0378、特開平10−180118等に開示されるゾ
ル−ゲル法などがある。これらの先行技術により上述の
粉末状酸化物の問題点の解決が試みられ、光触媒機能の
改善が図られているが、その高活性化という点からは、
未だ満足なものが得られてはない。
In order to solve the above problems of the powdery oxide photocatalyst, many techniques for producing an oxide photocatalyst have been proposed so far. As its manufacturing technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-26
6910, vacuum deposition methods disclosed in JP-A-9-192498, JP-A-8-309204, JP-A-11-127.
20 etc., the sputtering method disclosed in JP-A-7-10
0378, and the sol-gel method disclosed in JP-A-10-180118. Attempts have been made to solve the problems of the above-mentioned powdery oxides by these prior arts, and the photocatalytic function has been improved, but from the viewpoint of high activation,
We haven't been able to get anything satisfactory yet.

【0006】上述のように光触媒機能は、光が照射され
る光触媒体表面で起こるものである。このため光触媒機
能の高活性化を目的に光触媒体の表面状態を制御する技
術、あるいは光触媒体表層部の結晶を制御する技術が従
来から提案されている。光触媒体の表面状態を制御する
技術として特開平9―57912号公報、特開平10−
36144号公報、特開平10―57817号公報およ
び特開平10―231146号公報が開示されている。
これら先行技術に開示される基本構成は、ガラス基板の
表面に直接あるいはアルカリ遮断用の下地膜を介して光
触媒としての酸化チタン層が形成され、この酸化チタン
層の表面に酸化ケイ素を形成したものである。
As described above, the photocatalytic function occurs on the surface of the photocatalyst which is irradiated with light. Therefore, a technique for controlling the surface state of the photocatalyst body or a technique for controlling the crystal of the surface layer of the photocatalyst body has been proposed in order to highly activate the photocatalyst function. As a technique for controlling the surface condition of the photocatalyst body, JP-A-9-57912 and JP-A-10-
JP-A-36144, JP-A-10-57817 and JP-A-10-231146 are disclosed.
The basic configuration disclosed in these prior arts is one in which a titanium oxide layer as a photocatalyst is formed directly on the surface of a glass substrate or through an alkali blocking base film, and silicon oxide is formed on the surface of this titanium oxide layer. Is.

【0007】上記の各先行技術は、酸化ケイ素膜を多孔
質に形成したり、酸化チタン膜やガラス基板に微細加工
を施すことにより表面上に凹凸を設けることで、光触媒
機能を高める工夫をしている。
Each of the above-mentioned prior arts is devised to enhance the photocatalytic function by forming a silicon oxide film in a porous manner or by finely processing a titanium oxide film or a glass substrate to form irregularities on the surface. ing.

【0008】すなわち、表面に微細な凹凸を形成するこ
とで光触媒が露出する表面の面積が増大することによっ
て光触媒機能が向上するというものであるが、必ずしも
顕著な向上は見られない。また基板の加工、膜の加工、
下地層の挿入などコスト面でも問題がある。
That is, the photocatalytic function is improved by increasing the area of the surface where the photocatalyst is exposed by forming fine irregularities on the surface, but not necessarily a remarkable improvement. In addition, substrate processing, film processing,
There is also a problem in terms of cost, such as insertion of a base layer.

【0009】光触媒体表層部を構成する結晶を制御する
技術として、特開平2000―288403が開示され
ている。この先行技術に開示される基本構成は、酸化チ
タンがアナターゼ型の結晶であり、その表層部に存在す
る酸化チタンの結晶粒のうち、30%以上の結晶粒の形
状が、楕円形又は半楕円形であることを特徴したもので
ある。そして楕円形又は半楕円形の酸化チタンの結晶を
形成することで高活性の光触媒機能が得られるというも
のである。これは、結晶粒を楕円形又は半楕円形にする
ことで光触媒体の露出する表面の面積が増加し、光触媒
機能が向上するというものであるが、必ずしも顕著な向
上は見られない。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-288403 has been disclosed as a technique for controlling crystals constituting the surface layer of the photocatalyst. The basic configuration disclosed in this prior art is that titanium oxide is anatase type crystals, and 30% or more of the titanium oxide crystal grains present in the surface layer have an elliptical or semi-elliptical shape. It is characterized by being a shape. By forming an elliptic or semi-elliptical titanium oxide crystal, a highly active photocatalytic function can be obtained. This is because the area of the exposed surface of the photocatalyst increases and the photocatalytic function is improved by making the crystal grains elliptical or semi-elliptical, but the marked improvement is not necessarily seen.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いては、各種作製方法により形成された酸化物光触媒、
また光触媒体表面状態の制御および光触媒体の表面層部
を構成する結晶を制御することで形成した酸化物光触媒
は、一定の光触媒機能の改善が図られてはいるが、さら
に高活性の光触媒機能を有する酸化物光触媒が求められ
ている。
In the above-mentioned prior art, the oxide photocatalyst formed by various manufacturing methods,
The oxide photocatalyst formed by controlling the surface state of the photocatalyst and controlling the crystals that make up the surface layer of the photocatalyst has a certain level of improvement in the photocatalytic function, but a more highly active photocatalytic function. There is a need for oxide photocatalysts having

【0011】上述の問題点に対して本願発明者らは、結
晶形状の制御による酸化物光触媒の高活性化に主眼を置
き、CVD法(化学的蒸着法)、PVD法(物理的蒸着
法)等の各種製法、および、有機金属化合物または無機
金属化合物を用いたゾル−ゲル法による酸化物光触媒の
作製について鋭意検討した。その結果、CVD法または
PVD法などの各種製法により作製した結晶核を有機金
属化合物もしくは無機金属化合物から成るゾル溶液中に
入れ、または該結晶核にゾル溶液を塗布し、固化、熱処
理して、酸化チタン結晶を該結晶核より成長させる方法
を見出した。そして該結晶核より成長させた酸化チタン
結晶の結晶形状が柱状結晶を成し、かつその結晶内部が
中空構造を成す、柱状中空構造の結晶(以下、「柱状中
空結晶」ともいう。)とすることで、高活性の光触媒機
能が得られることを突き止めた。そしてこの発見に基づ
いて新規なる光触媒材料を発明、開発し、非公知の特許
出願(特願2001−058917、特願2001−0
58918)に開示した。
With respect to the above-mentioned problems, the inventors of the present application focus on the high activation of the oxide photocatalyst by controlling the crystal shape, and use the CVD method (chemical vapor deposition method) and the PVD method (physical vapor deposition method). Etc., and the preparation of an oxide photocatalyst by a sol-gel method using an organic metal compound or an inorganic metal compound. As a result, the crystal nuclei produced by various manufacturing methods such as the CVD method or the PVD method are put in a sol solution composed of an organometallic compound or an inorganic metal compound, or the sol solution is applied to the crystal nuclei, solidified, and heat-treated, A method of growing a titanium oxide crystal from the crystal nucleus was found. The crystal shape of the titanium oxide crystal grown from the crystal nuclei forms a columnar crystal, and the inside of the crystal forms a hollow structure to form a columnar hollow structure crystal (hereinafter, also referred to as “columnar hollow crystal”). Therefore, it was found that a highly active photocatalytic function can be obtained. Based on this discovery, a new photocatalyst material was invented and developed, and unknown patent applications (Japanese Patent Application Nos. 2001-058917 and 2001-0).
58918).

【0012】図10は、係る既開発の柱状中空構造を有
する酸化チタン結晶による光触媒材料の外観を示す模式
図である。図において既開発の光触媒材料60は、光触
媒材料担持体51の表面に固定されるための基部52
と、該基部52から伸長する、中空の柱状構造である柱
状中空構造をとる光触媒結晶体53と、から主として構
成されており、たとえば、ガラス、金属、セラミックス
または網目状構造を有する繊維等の各種の基板などの光
触媒材料担持体51上に担持される、結晶核などの基部
52から柱状中空構造の酸化チタン結晶53が成長して
いる構造を有する。ここで、柱状の結晶とは、角柱、円
柱状等の結晶形状、または枝分かれした樹枝状の結晶形
状、柱状結晶が複数本成長する途中で融合した形状など
を全て含んだ総称である。
FIG. 10 is a schematic view showing the appearance of a photocatalyst material made of titanium oxide crystals having such a columnar hollow structure already developed. In the figure, a photocatalyst material 60 already developed has a base 52 for being fixed on the surface of the photocatalyst material carrier 51.
And a photocatalyst crystal body 53 having a columnar hollow structure which is a hollow columnar structure extending from the base 52, and is mainly composed of, for example, various kinds of glass, metal, ceramics or fibers having a mesh structure. It has a structure in which a columnar hollow titanium oxide crystal 53 is grown from a base 52 such as a crystal nucleus, which is carried on a photocatalyst material carrier 51 such as a substrate. Here, the columnar crystal is a general term including all crystal shapes such as a prism and a column, a branched dendritic crystal shape, and a shape in which a plurality of columnar crystals are fused during the growth.

【0013】得られた光触媒材料は、担持体である基材
に固着しているため、紛末状光触媒のように飛散の問題
がなく、また非常に高活性であるという特徴を有してい
るため、その実用化については、大気浄化システム等に
組み込むなどの応用に非常に有効なものである。しか
し、光触媒技術をさらに高度化し、その応用分野を一層
拡大、発展させるためには、さらなる光触媒機能の高活
性化が極めて有効であり、かつ根本的に必要である。
Since the obtained photocatalytic material is fixed to the base material which is a carrier, it has the characteristics that it does not have the problem of scattering unlike powdered photocatalysts and that it is extremely highly active. Therefore, its practical application is very effective for applications such as incorporation in an air purification system. However, in order to further enhance the photocatalyst technology and further expand and develop its application field, it is extremely effective and fundamentally necessary to further activate the photocatalyst function.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0014】本願発明者らはこのような状況に鑑み、柱
状中空酸化チタン結晶において光触媒機能のさらなる高
活性化を目的とし、柱状中空結晶の構造制御による光触
媒機能の高活性化について鋭意検討した。その結果、柱
状中空結晶の外壁部を一部取り除く等の方法によって中
空構造となっている内部を外部に露出させることによ
り、光触媒機能に寄与する表面の面積が増大し、高活性
の光触媒機能が得られることを見出し、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本願で特許請求される発明は以
下のとおりである。
In view of such a situation, the inventors of the present application have made earnest studies on the enhancement of the photocatalytic function by controlling the structure of the columnar hollow crystals for the purpose of further enhancing the photocatalytic function of the columnar hollow titanium oxide crystals. As a result, by exposing the inside of the hollow structure to the outside by a method such as partially removing the outer wall of the columnar hollow crystal, the surface area contributing to the photocatalytic function is increased, and the highly active photocatalytic function is improved. They have found that they can be obtained and have completed the present invention. That is, the invention claimed in the present application is as follows.

【0015】(1)光触媒材料担持体の表面に固定され
るための基部、または光触媒材料担持体の表面に固定さ
れている基部と、該基部から伸長する、中空の柱状構造
をとる光触媒結晶体と、からなる光触媒材料であって、
該光触媒結晶体に、該結晶体内部の構造を露出させる、
内部露出構造が存在していることを特徴とする、光触媒
材料。
(1) A base for fixing on the surface of the photocatalyst material carrier, or a base for fixing on the surface of the photocatalyst material carrier, and a photocatalyst crystal body having a hollow columnar structure extending from the base. A photocatalytic material consisting of
Exposing the structure inside the crystal to the photocatalyst crystal,
A photocatalytic material characterized by the presence of an internally exposed structure.

【0016】(2)前記光触媒が酸化チタンであり、前
記基部が結晶核であり、前記光触媒結晶体内部に光触媒
粒子からなる構造が存在していることを特徴とする、
(1)の光触媒材料。
(2) The photocatalyst is titanium oxide, the base is a crystal nucleus, and a structure composed of photocatalyst particles is present inside the photocatalyst crystal.
The photocatalytic material of (1).

【0017】(3)光触媒材料担持体と、該光触媒材料
担持体上に担持された(1)または(2)の光触媒材料
と、からなる光触媒体。
(3) A photocatalyst body comprising a photocatalyst material carrier and the photocatalyst material (1) or (2) carried on the photocatalyst material carrier.

【0018】(4)光触媒材料の基部とするための結晶
核を、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル
溶液に入れ、または光触媒材料の基部とするための結晶
核に有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液を塗布して、ゲル化による光触媒材料の原型を得るた
めのゲル化工程と、該ゲル化工程により得られた該原型
を乾燥して固化するための固化工程と、固化した原型を
熱処理して、中空の柱状構造をとる光触媒結晶体を有す
る光触媒材料を得るための熱処理工程と、からなる光触
媒材料製造方法において、該熱処理工程で得られる光触
媒材料にドライエッチング手法を施して、該光触媒結晶
体の表面に該結晶体内部の構造を露出させる内部露出構
造を形成するための内部露出構造形成工程を設けること
を特徴とする、光触媒材料製造方法。
(4) The crystal nucleus for forming the base of the photocatalyst material is placed in a sol solution containing an organometallic compound or an inorganic metal compound, or the crystal nucleus for forming the base of the photocatalyst material contains an organometallic compound or an inorganic metal. A sol solution containing a compound was applied, and a gelling step for obtaining a prototype of a photocatalytic material by gelation, a solidification step for drying and solidifying the prototype obtained by the gelling step, and solidification were performed. In the photocatalyst material manufacturing method, which comprises a heat treatment step for heat-treating the prototype to obtain a photocatalyst material having a photocatalyst crystal body having a hollow columnar structure, the photocatalyst material obtained in the heat treatment step is subjected to a dry etching method. And an internal exposed structure forming step for forming an internal exposed structure for exposing a structure inside the crystal on the surface of the photocatalyst crystal. Medium material manufacturing method.

【0019】(5)前記内部露出構造形成工程が、ドラ
イエッチング手法の代わりにウェットエッチング手法を
用いるものであることを特徴とする、(4)の光触媒材
料製造方法。
(5) The method for producing a photocatalytic material according to (4), wherein the step of forming the exposed internal structure uses a wet etching method instead of a dry etching method.

【0020】(6)前記内部露出構造形成工程が、ドラ
イエッチング手法の代わりに機械的方法を用いるもので
あることを特徴とする、(4)の光触媒材料製造方法。
(6) The method for producing a photocatalyst material according to (4), wherein the step of forming the exposed internal structure uses a mechanical method instead of the dry etching method.

【0021】(7)前記ゲル化工程と、前記固化工程
と、前記熱処理工程とからなる光触媒材料製造方法にお
いて、前記光触媒結晶体の表面に該結晶体内部の構造を
露出させる内部露出構造を形成するために、該熱処理工
程において、15℃/min〜105℃/minの昇温
速度で熱処理することを特徴とする、光触媒材料製造方
法。
(7) In the method for producing a photocatalyst material, which comprises the gelling step, the solidifying step, and the heat treatment step, an internal exposed structure for exposing the structure inside the crystal body is formed on the surface of the photocatalyst crystal body. In order to do so, in the heat treatment step, the heat treatment is performed at a temperature rising rate of 15 ° C./min to 105 ° C./min.

【0022】(8)(1)もしくは(2)の光触媒材
料、または(3)の光触媒体を用いた、光触媒材料応用
品。
(8) A photocatalyst material application product using the photocatalyst material of (1) or (2) or the photocatalyst body of (3).

【0023】すなわち本発明に係る代表的な酸化物光触
媒材料は、特許請求の範囲に記載のように、結晶核から
成長させた柱状中空構造を有する酸化チタン結晶であっ
て、該酸化チタン結晶の中空内部を外部に露出させるこ
とにより高活性の光触媒機能を得るものであることを要
旨とする。
That is, a typical oxide photocatalyst material according to the present invention is a titanium oxide crystal having a columnar hollow structure grown from crystal nuclei as described in the claims, and the titanium oxide crystal The gist is that a highly active photocatalytic function is obtained by exposing the inside of the hollow to the outside.

【0024】本発明において、光触媒結晶の形状が柱状
とは、角柱状、円柱状、棒状、その他柱状の立体構造を
とるものをすべて含み、また該柱状結晶は鉛直方向に真
っ直ぐに伸びるもの、傾斜状に伸びるもの、湾曲しなが
ら伸びるもの、枝状に分岐して伸びるもの、柱状結晶が
複数本成長し途中で融合したもの等を含む。
In the present invention, the columnar shape of the photocatalyst crystal includes all prismatic, columnar, rod-shaped, and other columnar three-dimensional structures, and the columnar crystals extend straight in the vertical direction and have a slant. It includes those extending in a shape, those extending while curving, those branching and branching, those in which a plurality of columnar crystals grow and are fused in the middle, and the like.

【0025】結晶核はスパッタリング法、真空蒸着法等
のPVD法、またはCVD法で作製した結晶核のみなら
ず、その種類は単結晶、多結晶体、粉体、セラミック
ス、金属の熱酸化膜、陽極酸化膜のいずれでもかまわな
い。また、結晶核としては、通常の化学反応に見られる
様に明らかに核と認められないようなもの、たとえば基
板上の傷、異物の突起等のように、基板上にあって基板
とは相違する状態を有する部分を核の代替物とすること
も可能である。柱状結晶構造は、結晶核上に一つ以上の
柱状結晶を成長させ、結晶核とその上に成長させる柱状
結晶が同一方位に成長し、柱状結晶の内部は中空構造を
有していることを特徴とする。柱状結晶構造を有する光
触媒は、従来の他の結晶形状を有するものに比べて分解
対象物との接触効率が良く、分解性能が飛躍的に向上す
る。
The crystal nuclei are not only crystal nuclei produced by a PVD method such as a sputtering method or a vacuum deposition method, or a CVD method, but the kinds thereof are single crystals, polycrystals, powders, ceramics, metal thermal oxide films, Any anodized film may be used. Also, as crystal nuclei, those that are not clearly recognized as nuclei as seen in normal chemical reactions, such as scratches on the substrate and protrusions of foreign matter, are on the substrate and are different from the substrate. It is also possible to use a portion having a state of being a substitute for the nucleus. The columnar crystal structure means that one or more columnar crystals are grown on the crystal nucleus, the crystal nucleus and the columnar crystal grown thereon grow in the same direction, and the inside of the columnar crystal has a hollow structure. Characterize. A photocatalyst having a columnar crystal structure has a better contact efficiency with an object to be decomposed than a conventional one having another crystal shape, and the decomposition performance is dramatically improved.

【0026】以下、本発明の具体的な解決手段について
説明する。
The specific means for solving the present invention will be described below.

【0027】本発明は、本願発明者らが既に開発し、非
公知の特許出願において開示した柱状中空構造を有する
酸化チタン光触媒結晶の構造を制御することにより、さ
らに高活性の光触媒材料を得るというものである。前記
酸化チタン結晶は、有機金属化合物または無機金属化合
物のゾル溶液中に結晶核を入れ、または結晶核にゾル溶
液を塗布し、固化、熱処理して該結晶核より成長させる
ことを特徴とする。柱状中空構造を有する酸化チタン結
晶自体も、既に非常に高活性であるが、柱状中空結晶の
外壁部を一部取り除き、中空内部構造を外部に露出させ
ることでさらにその活性は向上する。
According to the present invention, a photocatalyst material having higher activity can be obtained by controlling the structure of the titanium oxide photocatalyst crystal having the columnar hollow structure, which has been already developed by the present inventors and disclosed in an unknown patent application. It is a thing. The titanium oxide crystal is characterized in that crystal nuclei are placed in a sol solution of an organic metal compound or an inorganic metal compound, or the sol solution is applied to the crystal nuclei, solidified and heat-treated to grow from the crystal nuclei. The titanium oxide crystal itself having a columnar hollow structure is already very active, but its activity is further improved by partially removing the outer wall portion of the columnar hollow crystal and exposing the hollow inner structure to the outside.

【0028】前記柱状中空結晶の中空内部構造を外部に
露出させる手法としては、ドライエッチング手法、ウェ
ットエッチング手法、機械的方法が有効である。ドライ
エッチング手法には物理的エッチング方法と化学的エッ
チング方法がある。物理的エッチング方法としてはイオ
ンエッチング法、プラズマエッチング法等があり、化学
的エッチング方法としてはガスエッチング法等がある。
ウェットエッチング手法は、強無機酸、強酸化剤、フッ
化物などを基礎的な組成として含むエッチング溶液を用
いるものである。さらに機械的方法とは、柱状中空結晶
を研磨することによって中空内部構造を表面に露出させ
る方法である。これらの方法により、柱状中空結晶の外
壁部が一部取り除かれ、中空内部構造が外部に露出し、
高活性の光触媒機能が得られる。
As a method of exposing the hollow internal structure of the columnar hollow crystal to the outside, a dry etching method, a wet etching method and a mechanical method are effective. The dry etching method includes a physical etching method and a chemical etching method. The physical etching method includes an ion etching method and a plasma etching method, and the chemical etching method includes a gas etching method.
The wet etching method uses an etching solution containing a strong inorganic acid, a strong oxidant, a fluoride, etc. as a basic composition. Further, the mechanical method is a method of exposing the hollow internal structure on the surface by polishing the columnar hollow crystals. By these methods, the outer wall portion of the columnar hollow crystal is partially removed, the hollow internal structure is exposed to the outside,
A highly active photocatalytic function can be obtained.

【0029】また、柱状中空の酸化チタン結晶作製工程
において、15℃/min〜105℃/min、または
20℃/min〜100℃/minの昇温速度で熱処理
することにより、結晶形成に大きく寄与する熱伝導速度
が上昇し、柱状構造の外壁部を構成する結晶の結晶密度
が低くなることによって柱状中空結晶の中空内部構造が
露出し、光触媒機能の高活性化が達成される。
Further, in the columnar hollow titanium oxide crystal production process, heat treatment is performed at a temperature rising rate of 15 ° C./min to 105 ° C./min, or 20 ° C./min to 100 ° C./min, which greatly contributes to crystal formation. The heat conduction rate is increased and the crystal density of the crystals forming the outer wall of the columnar structure is lowered, so that the hollow internal structure of the columnar hollow crystal is exposed, and the photocatalytic function is highly activated.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面によりさら
に詳細に説明する。図1は、本発明の光触媒材料の縦断
面構造を示す模式図である。図において本発明の光触媒
材料10は、光触媒材料担持体1の表面に固定されるた
めの基部2と、該基部2から伸長する、中空の柱状構造
(以下、「柱状中空構造」ともいう。)をとる光触媒結
晶体3とからなっていて、さらに該光触媒結晶体3は、
外壁部4と、該光触媒結晶体3の中空である内部(以
下、「中空内部」という。)5とからなっている基本構
成において、該外壁部4の一部が取り除かれることによ
って形成される、または該外壁部4が低密度に構成され
ることによって形成される、該中空内部5に存在する構
造を露出させる機能を有する、内部露出構造8が存在し
ている、ことを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a vertical cross-sectional structure of the photocatalytic material of the present invention. In the figure, a photocatalyst material 10 of the present invention has a base 2 for being fixed on the surface of a photocatalyst material carrier 1, and a hollow columnar structure extending from the base 2 (hereinafter, also referred to as "columnar hollow structure"). And a photocatalyst crystal body 3 having
It is formed by removing a part of the outer wall portion 4 in a basic structure including an outer wall portion 4 and a hollow interior (hereinafter referred to as “hollow interior”) 5 of the photocatalyst crystal body 3. Alternatively, there is an internally exposed structure 8 having a function of exposing a structure existing in the hollow interior 5, which is formed by configuring the outer wall portion 4 to have a low density.

【0031】前記外壁部4は、柱状中空構造である前記
光触媒結晶体3の外殻構造であって、柱状体の側面部に
相当する部分の外殻構造が該当する。しかしそれのみな
らず、伸長(成長)方向側の底面部に相当する部分の外
殻構造も、外壁部4に含む。したがって前記内部露出構
造8は、側面部に相当する外壁部、底面部に相当する外
壁部の、少なくともいずれか一方に存在し、両者に存在
することもある。本発明において、該内部露出構造8
は、少なくとも該側面部に相当する外壁部4に存在する
こととすることができる。
The outer wall portion 4 is the outer shell structure of the photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure, and corresponds to the outer shell structure of the portion corresponding to the side surface portion of the columnar body. However, not only that, the outer wall portion 4 also includes the outer shell structure of the portion corresponding to the bottom surface portion on the extension (growth) direction side. Therefore, the internal exposed structure 8 is present on at least one of the outer wall portion corresponding to the side surface portion and the outer wall portion corresponding to the bottom surface portion, and may be present on both. In the present invention, the internal exposed structure 8
Can be present at least in the outer wall portion 4 corresponding to the side surface portion.

【0032】前記内部露出構造8は、前記外壁部4の一
部が取り除かれることによって形成される、または該外
壁部4が低密度に構成されることによって形成される構
造であり、前記中空内部5に存在する光触媒機能を有す
る内部構造を露出させることにより、該内部構造に光触
媒機能を発現させる機能を有する。該内部露出構造8
は、前記中空内部5に貫通する孔、亀裂、欠切状部、欠
除部、その他該中空内部5に光触媒機能を有する内部構
造が存在した場合に、該内部構造が光触媒機能を発揮し
得るように露出させるすべての構造を含む。
The inner exposed structure 8 is a structure formed by removing a part of the outer wall portion 4 or by forming the outer wall portion 4 to have a low density. By exposing the internal structure having a photocatalytic function existing in No. 5, it has a function of expressing the photocatalytic function in the internal structure. The internal exposed structure 8
Is a hole, a crack, a notch-like portion, a notched portion, or any other internal structure having a photocatalytic function in the hollow interior 5, the internal structure may exhibit a photocatalytic function. Including all structures to expose.

【0033】前記光触媒結晶体3には酸化チタンを用
い、また、前記基部2には、該光触媒結晶体3を成長さ
せるための結晶核を用いることができる。また前記中空
内部5には、光触媒粒子6(以下、「結晶粒子」ともい
う。)からなる構造が存在している構成とすることがで
きる。
Titanium oxide can be used for the photocatalyst crystal body 3, and crystal nuclei for growing the photocatalyst crystal body 3 can be used for the base 2. Further, the hollow interior 5 may have a structure in which photocatalyst particles 6 (hereinafter, also referred to as “crystal particles”) are present.

【0034】[0034]

【作用】図1において、本発明の柱状中空構造を有する
光触媒材料10は、基部2において光触媒材料担持体1
の表面に固定されていて、該基部2から伸長する光触媒
結晶体3の外壁部4上の内部露出構造8により、該外壁
部4が一部取り除かれた状態に構成されていて、または
該外壁部4が低密度に構成されていて、中空内部5に存
在する内部構造が、外部に露出された状態となってい
る。すなわち、該中空内部5に光触媒機能を有する内部
構造が存在した場合に、該内部構造が光触媒機能を発揮
し得る状態となっている。そのため、本光触媒材料10
はその表面積が増大し、光触媒機能が高活性となる。ま
た、該中空内部5には、光触媒粒子6からなる構造が存
在している構成とすることができるため、本光触媒材料
10はさらにその表面積が増大し、光触媒機能がさらに
高活性となる。
In FIG. 1, a photocatalyst material 10 having a columnar hollow structure according to the present invention comprises a photocatalyst material carrier 1 on a base 2.
Is fixed to the surface of the photocatalyst crystal body 3 extending from the base portion 2 and the inner exposed structure 8 on the outer wall portion 4 of the photocatalyst crystal body 3 is partially removed, or the outer wall portion 4 is removed. The portion 4 is configured to have a low density, and the internal structure existing in the hollow interior 5 is exposed to the outside. That is, when the hollow interior 5 has an internal structure having a photocatalytic function, the internal structure is in a state capable of exhibiting the photocatalytic function. Therefore, this photocatalyst material 10
Has an increased surface area, and the photocatalytic function becomes highly active. In addition, since the hollow interior 5 can have a structure in which the photocatalyst particles 6 are present, the surface area of the photocatalyst material 10 is further increased, and the photocatalytic function becomes even more active.

【0035】図2は、本発明の光触媒材料の外観構成を
示す模式図である。図において、光触媒材料担持体1と
しては、ガラス、金属、セラミックスまたは網目状構造
を有する繊維等の各種の基板を用いることができる。
FIG. 2 is a schematic view showing the external constitution of the photocatalyst material of the present invention. In the figure, various substrates such as glass, metal, ceramics or fibers having a mesh structure can be used as the photocatalyst material carrier 1.

【0036】図において、請求項3に記載された発明に
係る光触媒体20は、光触媒材料担持体1と、前記基部
2において該光触媒材料担持体1上に担持された前記光
触媒材料10と、から構成される。
In the figure, a photocatalyst body 20 according to the invention described in claim 3 comprises a photocatalyst material carrier 1 and the photocatalyst material 10 carried on the photocatalyst material carrier 1 in the base 2. Composed.

【0037】図3は、本発明光触媒材料を構成する光触
媒結晶体3の内部構造5の一例を示す模式図である。図
において、光触媒結晶体3の内部構造は、これを外部に
露出させる機能を有する内部露出構造8の存在する、結
晶が高密度な状態で結合している外壁部4により囲まれ
た中空内部5における構造であり、大小さまざまの粒径
を有する複数の光触媒粒子6が低密度な状態で結晶集合
体を形成している構造である。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of the internal structure 5 of the photocatalyst crystal body 3 constituting the photocatalyst material of the present invention. In the figure, the internal structure of the photocatalyst crystal body 3 has a hollow interior 5 surrounded by an outer wall portion 4 in which crystals are bonded in a high density state, in which an internal exposed structure 8 having a function of exposing the photocatalyst crystal body 3 to the outside exists. 2), which is a structure in which a plurality of photocatalyst particles 6 having various particle sizes of large and small form a crystal aggregate in a low density state.

【0038】結晶が高密度な状態で結合している該外壁
部4においては、その結晶粒の大きさがおよそ2nm〜
50nmであり、外壁部の巾がおよそ20nm〜100
nmで構成されている。また、該外壁部4に囲まれる柱
状中空結晶の内部5では、前記結晶粒子6が低密度な状
態で結晶集合体を形成している。該結晶粒子6が低密度
な状態で存在することにより、柱状結晶内部(中空内
部)5が中空の構造を成す。該結晶粒子6がない柱状中
空結晶も稀に観察されるが、全体に占める割合は非常に
少ない。該結晶粒子6が多く存在するほど、光触媒活性
は高まる。なお、中空内部5に存在する該結晶粒子6の
径はおよそ5nm〜50nmであり、概して前記外壁部
4を構成する結晶粒子より粒径が大きい。
In the outer wall portion 4 in which the crystals are bonded in a high density state, the size of the crystal grains is about 2 nm.
50 nm and the width of the outer wall is about 20 nm to 100
nm. In the inside 5 of the columnar hollow crystal surrounded by the outer wall portion 4, the crystal particles 6 form a crystal aggregate in a low density state. Since the crystal grains 6 are present in a low density state, the columnar crystal interior (hollow interior) 5 has a hollow structure. Columnar hollow crystals without the crystal grains 6 are rarely observed, but their proportion in the whole is very small. The more the crystal particles 6 are present, the higher the photocatalytic activity. The diameter of the crystal particles 6 present in the hollow interior 5 is approximately 5 nm to 50 nm, and is generally larger than the crystal particles forming the outer wall portion 4.

【0039】図4は、請求項4に記載された発明に係る
光触媒材料製造方法の構成を示すフロー図である。図に
おいて本発明の製造方法は、光触媒材料P6(図1等に
おける10と同じ。)の基部1とするための結晶核S1
を、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液S2に浸漬し、または光触媒材料10の基部1とする
ための結晶核S1に有機金属化合物または無機金属化合
物を含むゾル溶液S2を塗布して、ゲル化による光触媒
材料の原型M3を得るためのゲル化工程31と、該ゲル
化工程31により得られた該原型M3を乾燥して固化
し、固化した原型M4を得るための固化工程32と、該
固化した原型M4を熱処理して、柱状中空構造をとる光
触媒結晶体3を有するが内部露出構造8のない光触媒材
料M5を得るための熱処理工程33と、該熱処理工程3
3で得られた該内部露出構造のない光触媒材料M5にド
ライエッチング手法を施すことによって、該光触媒結晶
体3の表面に該結晶体内部5の構造を露出させる内部露
出構造8を形成し、本発明の光触媒材料P6(10)と
するための内部露出構造形成工程35と、から構成され
る。
FIG. 4 is a flow chart showing the construction of the method for producing a photocatalyst material according to the invention described in claim 4. In the figure, in the manufacturing method of the present invention, a crystal nucleus S1 for forming the base 1 of the photocatalytic material P6 (the same as 10 in FIG. 1 and the like).
Is dipped in a sol solution S2 containing an organic metal compound or an inorganic metal compound, or a sol solution S2 containing an organic metal compound or an inorganic metal compound is applied to the crystal nucleus S1 for forming the base 1 of the photocatalyst material 10, A gelling step 31 for obtaining a prototype M3 of the photocatalytic material by gelling, and a solidification step 32 for drying and solidifying the prototype M3 obtained by the gelling step 31 to obtain a solidified prototype M4. A heat treatment step 33 for heat-treating the solidified prototype M4 to obtain a photocatalyst material M5 having a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure but having no internally exposed structure 8, and the heat treatment step 3
The photocatalyst material M5 having no internal exposed structure obtained in 3 is subjected to a dry etching method to form an internal exposed structure 8 exposing the structure of the crystalline inside 5 on the surface of the photocatalytic crystalline body 3, And an inner exposed structure forming step 35 for forming the photocatalyst material P6 (10) of the invention.

【0040】図において、ゲル化工程31により、光触
媒材料P6(10)の基部1とするための結晶核S1
は、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液S2に浸漬され、または光触媒材料P6(10)の基
部1とするための結晶核S1に有機金属化合物または無
機金属化合物を含むゾル溶液S2が塗布されて、ゲル化
による光触媒材料の原型M3が得られ、次いで固化工程
32により、該ゲル化工程31により得られた該原型M
3は乾燥されて固化し、固化した原型M4が得られ、次
いで熱処理工程33により、該固化した原型M4は熱処
理されて、柱状中空構造をとる光触媒結晶体3を有する
が内部露出構造8のない光触媒材料M5が得られ、次い
で内部露出構造形成工程35により、該内部露出構造の
ない光触媒材料M5にドライエッチング手法が施され
て、該光触媒結晶体3の表面に該結晶体内部5の構造を
露出させる内部露出構造8が形成され、本発明の光触媒
材料P6(10)が得られる。
In the figure, a crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) by the gelling step 31.
Is immersed in a sol solution S2 containing an organometallic compound or an inorganic metal compound, or a sol solution S2 containing an organometallic compound or an inorganic metal compound is applied to the crystal nucleus S1 for forming the base 1 of the photocatalytic material P6 (10). To obtain a prototype M3 of the photocatalytic material by gelling, and then by the solidification step 32, the prototype M obtained by the gelling step 31.
3 is dried and solidified to obtain a solidified prototype M4, and the solidified prototype M4 is then heat-treated in a heat treatment step 33 to have a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure but no internal exposed structure 8. The photocatalyst material M5 is obtained, and then, in the internal exposed structure forming step 35, the photocatalyst material M5 having no internal exposed structure is subjected to a dry etching method to form the structure of the crystal interior 5 on the surface of the photocatalyst crystal body 3. The internal exposed structure 8 to be exposed is formed, and the photocatalytic material P6 (10) of the present invention is obtained.

【0041】すなわち、柱状中空結晶の中空内部5を表
面に露出させるためには、外壁部4の一部を取り除く必
要がある。外壁部4の一部を取り除く手法としては、ド
ライエッチング手法は有効な手法の一つである。ドライ
エッチング手法としては、Ar(アルゴン)、Kr(クリ
プトン)、Xe(キセノン)、He(ヘリウム)などの不活
性ガスイオン衝撃により、外壁部4の一部を物理的に削
り取る方法、いわゆるイオンエッチング法、イオンミー
リング法などが適用できる。係る手法により、柱状中空
結晶の外壁部4の一部が物理的に除去され、中空内部5
の構造が表面として外部に露出され、光触媒機能の高活
性化が達成される。
That is, in order to expose the hollow interior 5 of the columnar hollow crystal on the surface, it is necessary to remove a part of the outer wall portion 4. The dry etching method is one of the effective methods for removing a part of the outer wall portion 4. As a dry etching method, a method of physically removing a part of the outer wall portion 4 by bombarding an inert gas ion such as Ar (argon), Kr (krypton), Xe (xenon), and He (helium), so-called ion etching Method, ion milling method, etc. can be applied. By such a method, a part of the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal is physically removed, and the hollow interior 5
The structure of is exposed to the outside as a surface, and high activation of the photocatalytic function is achieved.

【0042】また、他のドライエッチング手法として
は、活性ガス中でプラズマ、光分解、熱分解を用いるこ
とによりエッチングを行うガスエッチング法を用いるこ
とによっても、外壁部4の一部が取り除かれ、光触媒機
能が高活性化する。このことは実験により確認済みであ
る。
Further, as another dry etching method, a gas etching method of performing etching by using plasma, photolysis or thermal decomposition in an active gas may be used to remove a part of the outer wall portion 4, The photocatalytic function is highly activated. This has been confirmed by experiments.

【0043】図5は、ドライエッチング手法を含む本発
明光触媒材料製造方法により得られた光触媒材料の、柱
状中空結晶の中空内部5の構造が外部に露出した状態の
一例を示す電子顕微鏡写真である。図において、柱状中
空結晶をなす光触媒結晶体の外壁部が一部取り除かれ、
中空内部の構造が外部に露出し、内部の結晶粒子が低密
度な状態で結晶集合体を形成している様子が確認でき
る。
FIG. 5 is an electron micrograph showing an example of a state in which the structure of the hollow interior 5 of the columnar hollow crystal of the photocatalyst material obtained by the method for producing a photocatalyst material of the present invention including the dry etching method is exposed to the outside. . In the figure, the outer wall portion of the photocatalyst crystal body forming a columnar hollow crystal is partially removed,
It can be confirmed that the structure inside the hollow is exposed to the outside, and the crystal grains inside form a crystal aggregate in a low density state.

【0044】図6は、請求項5に記載された発明に係る
光触媒材料製造方法の構成を示すフロー図である。図に
おいて本発明の製造方法は、光触媒材料P6(10)の
基部1とするための結晶核S1を、有機金属化合物また
は無機金属化合物を含むゾル溶液S2に浸漬し、または
該結晶核S1に該ゾル溶液S2を塗布して、ゲル化によ
る光触媒材料の原型M3を得るためのゲル化工程31
と、該ゲル化工程31により得られた該原型M3を乾燥
して固化し、固化した原型M4を得るための固化工程3
2と、該固化した原型M4を熱処理して、柱状中空構造
をとる光触媒結晶体3を有するが内部露出構造8のない
光触媒材料M5を得るための熱処理工程33と、該熱処
理工程33で得られた該内部露出構造のない光触媒材料
M5にウェットエッチング手法を施すことによって、該
光触媒結晶体3の表面に該結晶体内部5の構造を露出さ
せる内部露出構造8を形成し、本発明の光触媒材料P6
(10)とするための内部露出構造形成工程36と、か
ら構成される。
FIG. 6 is a flow chart showing the constitution of the method for producing a photocatalyst material according to the invention described in claim 5. In the figure, in the production method of the present invention, the crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) is immersed in a sol solution S2 containing an organometallic compound or an inorganic metal compound, or the crystal nucleus S1 is Gelation process 31 for applying the sol solution S2 to obtain the photocatalytic material prototype M3 by gelation
And a solidification step 3 for obtaining a solidified prototype M4 by drying and solidifying the prototype M3 obtained in the gelling step 31.
2, a heat treatment step 33 for heat-treating the solidified prototype M4 to obtain a photocatalyst material M5 having a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure but no internal exposed structure 8, and the heat treatment step 33 obtained in the heat treatment step 33. By subjecting the photocatalytic material M5 having no internal exposed structure to a wet etching technique, an internal exposed structure 8 for exposing the structure inside the crystalline body 5 is formed on the surface of the photocatalytic crystalline body 3, and the photocatalytic material of the present invention is formed. P6
(10) to form an internal exposed structure 36.

【0045】図において、ゲル化工程31により、光触
媒材料P6(10)の基部1とするための結晶核S1
は、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液S2に浸漬され、または該結晶核S1に該ゾル溶液S
2が塗布されて、ゲル化による光触媒材料の原型M3が
得られ、次いで固化工程32により、該ゲル化工程31
により得られた該原型M3は乾燥されて固化し、固化し
た原型M4が得られ、次いで熱処理工程33により、該
固化した原型M4は熱処理されて、柱状中空構造をとる
光触媒結晶体3を有するが内部露出構造8のない光触媒
材料M5が得られ、次いで内部露出構造形成工程36に
より、該内部露出構造のない光触媒材料M5にウェット
エッチング手法が施されて、該光触媒結晶体3の表面に
該結晶体内部5の構造を露出させる内部露出構造8が形
成され、本発明の光触媒材料P6(10)が得られる。
In the figure, a crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) by the gelling step 31.
Is immersed in a sol solution S2 containing an organic metal compound or an inorganic metal compound, or the sol solution S is added to the crystal nucleus S1.
2 is applied to obtain a prototype M3 of the photocatalytic material by gelling, and then the solidifying step 32 is followed by the gelling step 31.
The prototype M3 obtained by the above is dried and solidified to obtain a solidified prototype M4. Then, in the heat treatment step 33, the solidified prototype M4 is heat-treated to have a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure. The photocatalyst material M5 without the internal exposed structure 8 is obtained, and then the photocatalyst material M5 without the internal exposed structure is subjected to a wet etching method in the internal exposed structure forming step 36 so that the crystal is formed on the surface of the photocatalytic crystal body 3. The internal exposed structure 8 that exposes the structure inside the body 5 is formed, and the photocatalytic material P6 (10) of the present invention is obtained.

【0046】すなわち、柱状中空結晶の中空内部5を表
面に露出させるためには、外壁部4の一部を取り除く必
要がある。外壁部4の一部を取り除く手法としては、ウ
ェットエッチング手法は有効な手法の一つである。ウェ
ットエッチング手法は、強無機酸、強酸化剤、フッ化物
などを基礎として調製されるエッチング溶液を用いるも
のであり、酸化チタンに対して溶解性の有るエッチング
溶液に柱状中空酸化チタン結晶を浸漬することにより、
または該エッチング溶液を柱状中空酸化チタン結晶に塗
布することにより、該外壁部4の一部が溶解除去され、
中空内部5の構造が表面として外部に露出され、光触媒
機能の高活性化が達成される。
That is, in order to expose the hollow interior 5 of the columnar hollow crystal on the surface, it is necessary to remove a part of the outer wall portion 4. The wet etching method is one of the effective methods for removing a part of the outer wall portion 4. The wet etching method uses an etching solution prepared on the basis of a strong inorganic acid, a strong oxidant, a fluoride, etc., and a columnar hollow titanium oxide crystal is immersed in an etching solution which is soluble in titanium oxide. By
Alternatively, by applying the etching solution to columnar hollow titanium oxide crystals, a part of the outer wall portion 4 is dissolved and removed,
The structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside as a surface, and high activation of the photocatalytic function is achieved.

【0047】図7は、請求項6に記載された発明に係る
光触媒材料製造方法の構成を示すフロー図である。図に
おいて本発明の製造方法は、光触媒材料P6(10)の
基部1とするための結晶核S1を、有機金属化合物また
は無機金属化合物を含むゾル溶液S2に浸漬し、または
該結晶核S1に該ゾル溶液S2を塗布して、ゲル化によ
る光触媒材料の原型M3を得るためのゲル化工程31
と、該ゲル化工程31により得られた該原型M3を乾燥
して固化し、固化した原型M4を得るための固化工程3
2と、該固化した原型M4を熱処理して、柱状中空構造
をとる光触媒結晶体3を有するが内部露出構造8のない
光触媒材料M5を得るための熱処理工程33と、該熱処
理工程33で得られた該内部露出構造のない光触媒材料
M5に機械的方法を施すことによって、該光触媒結晶体
3の表面に該結晶体内部5の構造を露出させる内部露出
構造8を形成し、本発明の光触媒材料P6(10)とす
るための内部露出構造形成工程38と、から構成され
る。
FIG. 7 is a flow chart showing the structure of the method for producing a photocatalyst material according to the invention described in claim 6. In the figure, in the production method of the present invention, the crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) is immersed in a sol solution S2 containing an organometallic compound or an inorganic metal compound, or the crystal nucleus S1 is Gelation process 31 for applying the sol solution S2 to obtain the photocatalytic material prototype M3 by gelation
And a solidification step 3 for obtaining a solidified prototype M4 by drying and solidifying the prototype M3 obtained in the gelling step 31.
2, a heat treatment step 33 for heat-treating the solidified prototype M4 to obtain a photocatalyst material M5 having a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure but no internal exposed structure 8, and the heat treatment step 33 obtained in the heat treatment step 33. By subjecting the photocatalyst material M5 having no internal exposed structure to a mechanical method, an internal exposed structure 8 for exposing the structure of the crystal interior 5 is formed on the surface of the photocatalytic crystalline body 3, and the photocatalyst material of the present invention is formed. And an internal exposed structure forming step 38 for setting P6 (10).

【0048】図において、ゲル化工程31により、光触
媒材料P6(10)の基部1とするための結晶核S1
は、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液S2に浸漬され、または該結晶核S1に該ゾル溶液S
2が塗布されて、ゲル化による光触媒材料の原型M3が
得られ、次いで固化工程32により、該ゲル化工程31
により得られた該原型M3は乾燥されて固化し、固化し
た原型M4が得られ、次いで熱処理工程33により、該
固化した原型M4は熱処理されて、柱状中空構造をとる
光触媒結晶体3を有するが内部露出構造8のない光触媒
材料M5が得られ、次いで内部露出構造形成工程38に
より、該内部露出構造のない光触媒材料M5に機械的方
法が施されて、該光触媒結晶体3の表面に該結晶体内部
5の構造を露出させる内部露出構造8が形成され、本発
明の光触媒材料P6(10)が得られる。
In the figure, a crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) by the gelling step 31.
Is immersed in a sol solution S2 containing an organic metal compound or an inorganic metal compound, or the sol solution S is added to the crystal nucleus S1.
2 is applied to obtain a prototype M3 of the photocatalytic material by gelling, and then the solidifying step 32 is followed by the gelling step 31.
The prototype M3 obtained by the above is dried and solidified to obtain a solidified prototype M4. Then, in the heat treatment step 33, the solidified prototype M4 is heat-treated to have a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure. The photocatalytic material M5 without the internal exposed structure 8 is obtained, and then the photocatalytic material M5 without the internal exposed structure is subjected to a mechanical method by the internal exposed structure forming step 38 to form the crystal on the surface of the photocatalytic crystal body 3. The internal exposed structure 8 that exposes the structure inside the body 5 is formed, and the photocatalytic material P6 (10) of the present invention is obtained.

【0049】すなわち、柱状中空結晶の中空内部5を表
面に露出させるためには、外壁部4の一部を取り除く必
要がある。外壁部4の一部を取り除く手法としては、機
械的方法は有効な手法の一つである。機械的方法とは、
たとえば、柱状中空結晶の外壁部4を機械的に研磨する
ことであり、該外壁部4を研磨することによりその一部
を取り除くことで中空内部5の構造が表面として外部に
露出し、光触媒機能の高活性化が達成される。
That is, in order to expose the hollow interior 5 of the columnar hollow crystal on the surface, it is necessary to remove a part of the outer wall portion 4. A mechanical method is one of effective methods for removing a part of the outer wall portion 4. What is a mechanical method?
For example, the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal is mechanically polished, and a part of the outer wall portion 4 is removed by polishing the outer wall portion 4, whereby the structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside as a surface, and the photocatalytic function is obtained. High activation of is achieved.

【0050】図8は、請求項7に記載された発明に係る
光触媒材料製造方法の構成を示すフロー図である。図に
おいて本発明の製造方法は、光触媒材料P6(10)の
基部1とするための結晶核S1を、有機金属化合物また
は無機金属化合物を含むゾル溶液S2に浸漬し、または
該結晶核S1に該ゾル溶液S2を塗布して、ゲル化によ
る光触媒材料の原型M3を得るためのゲル化工程31
と、該ゲル化工程31により得られた該原型M3を乾燥
して固化し、固化した原型M4を得るための固化工程3
2と、該固化した原型M4を熱処理して、柱状中空構造
をとる光触媒結晶体3を有する光触媒材料を得るための
熱処理工程34と、から構成されるフローにおいて、該
熱処理工程34における昇温速度条件を、前記光触媒結
晶体3の表面に該結晶体内部5の構造を露出させる内部
露出構造8を形成するために、15℃/min〜105
℃/minとすることによって本発明の光触媒材料P6
(10)を得る、ことを特徴とする。すなわち、該熱処
理工程34を、内部露出構造形成工程を兼ねるものとす
ることを特徴とする。
FIG. 8 is a flow chart showing the construction of the method for producing a photocatalyst material according to the invention described in claim 7. In the figure, in the production method of the present invention, the crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) is immersed in a sol solution S2 containing an organometallic compound or an inorganic metal compound, or the crystal nucleus S1 is Gelation process 31 for applying the sol solution S2 to obtain the photocatalytic material prototype M3 by gelation
And a solidification step 3 for obtaining a solidified prototype M4 by drying and solidifying the prototype M3 obtained in the gelling step 31.
2 and a heat treatment step 34 for heat-treating the solidified prototype M4 to obtain a photocatalyst material having a photocatalyst crystal body 3 having a columnar hollow structure. The conditions are 15 [deg.] C./min to 105 [deg.] C./min in order to form the internal exposed structure 8 that exposes the structure of the inside 5 of the crystal on the surface of the photocatalyst crystal 3.
The photocatalyst material P6 of the present invention
(10) is obtained. That is, it is characterized in that the heat treatment step 34 also serves as an internal exposed structure forming step.

【0051】図において、ゲル化工程31により、光触
媒材料P6(10)の基部1とするための結晶核S1
は、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液S2に浸漬され、または該結晶核S1に該ゾル溶液S
2が塗布されて、ゲル化による光触媒材料の原型M3が
得られ、次いで固化工程32により、該ゲル化工程31
により得られた該原型M3は乾燥されて固化し、固化し
た原型M4が得られる。
In the figure, a crystal nucleus S1 for forming the base portion 1 of the photocatalytic material P6 (10) by the gelling step 31.
Is immersed in a sol solution S2 containing an organic metal compound or an inorganic metal compound, or the sol solution S is added to the crystal nucleus S1.
2 is applied to obtain a prototype M3 of the photocatalytic material by gelling, and then the solidifying step 32 is followed by the gelling step 31.
The prototype M3 thus obtained is dried and solidified to obtain a solidified prototype M4.

【0052】固化工程32に次いで、昇温速度条件を1
5℃/min〜105℃/minとした熱処理工程34
により、該固化した原型M4は熱処理されるとともに該
光触媒結晶体3の表面に該結晶体内部5の構造を露出さ
せる内部露出構造8が形成されて、内部露出構造8を有
する柱状中空構造をとる本発明の光触媒材料P6(1
0)が得られる。
After the solidifying step 32, the temperature rising rate condition is set to 1
Heat treatment step 34 at 5 ° C / min to 105 ° C / min
As a result, the solidified prototype M4 is heat-treated, and at the same time, an inner exposed structure 8 exposing the structure of the inner portion 5 of the crystal is formed on the surface of the photocatalyst crystal 3 to form a columnar hollow structure having the inner exposed structure 8. The photocatalytic material P6 (1 of the present invention
0) is obtained.

【0053】より望ましくは、固化工程32に次いで、
熱処理工程34において昇温速度条件を20℃/min
〜100℃/minとすることにより、前記固化した原
型M4は熱処理されるとともに前記光触媒結晶体3の表
面に前記結晶体内部5の構造を露出させる内部露出構造
8が形成されて、内部露出構造8を有する柱状中空構造
をとる本発明の光触媒材料P6(10)が得られる。
More preferably, following the solidification step 32,
In the heat treatment step 34, the temperature rising rate condition is 20 ° C./min
By setting the temperature to ˜100 ° C./min, the solidified prototype M4 is heat-treated, and at the same time, the inner exposed structure 8 exposing the structure of the inside of the crystalline body 5 is formed on the surface of the photocatalytic crystalline body 3 to form the internally exposed structure. The photocatalyst material P6 (10) of the present invention having a columnar hollow structure having 8 is obtained.

【0054】上述のドライエッチング、ウェットエッチ
ング、または機械的方法による中空内部5の構造の外部
への露出は、柱状中空構造の酸化チタン結晶作製後に後
処理を施すことにより得られるものである。しかし、柱
状中空酸化チタン結晶の作製工程を制御することでも、
中空内部5の構造の外部への露出化は実現される。すな
わち、結晶形状形成の重要な因子のひとつである熱エネ
ルギーが寄与する熱処理工程における制御が、請求項8
記載の発明に係る光触媒材料製造方法の特徴である。
The exposure of the structure of the hollow interior 5 to the outside by the dry etching, the wet etching, or the mechanical method is obtained by performing a post-treatment after producing the titanium oxide crystal having the columnar hollow structure. However, by controlling the manufacturing process of columnar hollow titanium oxide crystals,
Exposing the structure of the hollow interior 5 to the outside is realized. That is, the control in the heat treatment step in which the thermal energy, which is one of the important factors for forming the crystal shape, contributes,
This is a feature of the method for producing a photocatalyst material according to the described invention.

【0055】柱状中空構造の酸化チタン結晶は、上述の
ように有機金属化合物または無機金属化合物を用いたゾ
ルゲル法により作製するものであり、熱処理工程におけ
る、前工程での処理に由来する溶媒および残留有機物の
蒸発様式の制御により、中空内部5の構造の外部への露
出が達成される。具体的には、熱処理工程での昇温速度
を15℃/min〜105℃/minの範囲にすること
により実現する。より望ましくは、昇温速度を20℃/
min〜100℃/minの範囲にすることにより実現
する。
The columnar hollow-structured titanium oxide crystal is produced by the sol-gel method using an organic metal compound or an inorganic metal compound as described above, and contains the solvent and the residue derived from the treatment in the previous step in the heat treatment step. By controlling the evaporation mode of the organic substance, the structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside. Specifically, it is realized by setting the rate of temperature rise in the heat treatment step in the range of 15 ° C / min to 105 ° C / min. More desirably, the temperature rising rate is 20 ° C /
It is realized by setting the range from min to 100 ° C / min.

【0056】通常、柱状中空酸化チタン結晶の熱処理工
程は、昇温速度10℃/min程度で行われており、こ
の昇温速度では結晶密度が高い状態の外壁部4が形成さ
れる。故に、上述のように中空内部5の構造を外部に露
出させるためには、前記エッチング処理が必要である。
Usually, the heat treatment step of the columnar hollow titanium oxide crystals is carried out at a temperature rising rate of about 10 ° C./min, and the outer wall portion 4 having a high crystal density is formed at this temperature rising rate. Therefore, in order to expose the structure of the hollow interior 5 to the outside as described above, the etching process is necessary.

【0057】しかし、柱状中空酸化チタン結晶の作製工
程において、15℃/min〜105℃/minの昇温
速度で、より望ましくは20℃/min〜100℃/m
inの昇温速度で熱処理することにより、前工程での処
理に由来する溶媒および残留有機物が急激に蒸発し、外
壁部4が結晶密度の低い状態で形成される。外壁部4が
結晶密度の低い状態で形成されることにより、外壁部4
が開口した形態、すなわち内部露出構造8が形成された
形態となり、中空内部5の構造が外部に露出した状態と
なる。
However, in the step of producing the columnar hollow titanium oxide crystals, it is more preferable that the temperature rising rate is 15 ° C./min to 105 ° C./min, more preferably 20 ° C./min to 100 ° C./m.
By performing the heat treatment at the temperature rising rate of in, the solvent and the residual organic substances derived from the treatment in the previous step are rapidly evaporated, and the outer wall portion 4 is formed in a state where the crystal density is low. By forming the outer wall portion 4 with a low crystal density, the outer wall portion 4
Is opened, that is, the internal exposed structure 8 is formed, and the structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside.

【0058】熱処理の昇温速度が上記範囲の上限より大
きい場合でも、外壁部4が結晶密度の低い状態で形成さ
れ、中空内部5の構造が露出する状態を成す。しかし、
この場合急激な熱伝導により、光触媒機能の発現に有効
なアナターゼ型の結晶構造の中に、光触媒機能の低下を
招くルチル型の結晶構造が混入するため、光触媒機能の
高活性化の効果は減少する。
Even when the temperature rising rate of the heat treatment is higher than the upper limit of the above range, the outer wall portion 4 is formed with a low crystal density and the structure of the hollow interior 5 is exposed. But,
In this case, due to the rapid heat conduction, the rutile-type crystal structure that causes the decrease of the photocatalytic function is mixed into the anatase-type crystal structure that is effective for the expression of the photocatalytic function, so the effect of highly activating the photocatalytic function is reduced. To do.

【0059】図9は、熱処理工程を制御した本発明光触
媒材料製造方法により得られた光触媒材料の、柱状中空
結晶の中空内部5の構造が外部に露出した状態の一例を
示す電子顕微鏡写真である。図において、柱状中空結晶
をなす光触媒結晶体の外壁部の結晶密度が低く、そのた
めに中空内部の構造が外部に露出し、内部の結晶粒子が
低密度な状態で結晶集合体を形成している様子が確認で
きる。
FIG. 9 is an electron micrograph showing an example of a state in which the structure of the hollow interior 5 of the columnar hollow crystal of the photocatalyst material obtained by the method for producing a photocatalyst material of the present invention in which the heat treatment step is controlled is exposed to the outside. . In the figure, the crystal density of the outer wall portion of the photocatalyst crystal body forming a columnar hollow crystal is low, and therefore the structure of the hollow interior is exposed to the outside, and the crystal grains inside form a crystal aggregate in a low density state. You can check the situation.

【0060】上述のように本発明は、既開発の柱状中空
構造を有する酸化チタン結晶の構造を制御することによ
りさらに高活性の光触媒材料を得るというものである。
前記酸化チタン結晶は、有機金属化合物または無機金属
化合物のゾル溶液中に結晶核を入れ、または結晶核にゾ
ル溶液を塗布し、乾燥、熱処理して該結晶核から成長さ
せることを特徴とする。柱状中空構造を有する酸化チタ
ン結晶自体も非常に高活性であるが、前記ドライエッチ
ング手法、ウェットエッチング手法、機械的方法により
柱状中空結晶の外壁部4の一部を取り除き、中空内部5
の構造を外部に露出させることで、さらにその活性は向
上する。また、柱状中空の酸化チタン結晶作製の熱処理
工程において、昇温速度を15℃/min〜105℃/
minに、より望ましくは20℃/min〜100℃/
minに制御することで、外壁部4が結晶密度の低い状
態で形成され、中空内部5の構造が外部に露出し、光触
媒機能の高活性が実現する。そして、本発明の酸化物光
触媒材料は紫外線光源と共に筺体に組み込み空気を循環
させることにより、臭い成分、有害成分を分解し、空気
の清浄を効率的に行い得る。このことは確認済みであ
る。また、その他にも水の浄化、脱臭、抗菌、殺菌を目
的とする環境浄化装置に応用ができる。このことも実験
により確認済みである。
As described above, the present invention is to obtain a photocatalytic material having higher activity by controlling the structure of the titanium oxide crystal having the columnar hollow structure which has been developed.
The titanium oxide crystal is characterized in that crystal nuclei are placed in a sol solution of an organic metal compound or an inorganic metal compound, or the sol solution is applied to the crystal nuclei, dried and heat-treated to grow from the crystal nuclei. Although the titanium oxide crystal itself having a columnar hollow structure is also very highly active, a part of the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal is removed by the dry etching method, the wet etching method, or the mechanical method, and the hollow interior 5 is removed.
The activity is further improved by exposing the structure of (3) to the outside. In addition, in the heat treatment step of producing the columnar hollow titanium oxide crystal, the temperature rising rate is 15 ° C / min to 105 ° C /
min, more preferably 20 ° C / min to 100 ° C /
By controlling to min, the outer wall portion 4 is formed with a low crystal density, the structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside, and high activity of the photocatalytic function is realized. Then, the oxide photocatalytic material of the present invention is incorporated into a housing together with an ultraviolet light source and circulates air to decompose odorous components and harmful components and efficiently purify the air. This has been confirmed. In addition, it can be applied to an environmental purifying device for purifying water, deodorizing, antibacterial and sterilizing. This has also been confirmed by experiments.

【0061】[0061]

【実施例】以下、実施例と比較例による試験結果につい
て説明する。なお、以下の説明においては、「基板」に
は光触媒材料担持体1と同一の符号「1」を、「結晶
核」には基部2と同一の符号「2」を、「柱状中空構造
の酸化チタン結晶」には光触媒結晶体3と同一の符号
「3」を、それぞれ付して説明する。
EXAMPLES The test results of the examples and comparative examples will be described below. In the following description, the “substrate” is the same symbol “1” as the photocatalyst material carrier 1, the “crystal nucleus” is the same symbol “2” as the base 2, and the “columnar hollow structure oxidation” is used. The same reference numeral “3” as that of the photocatalyst crystal body 3 is attached to each “titanium crystal” for description.

【0062】中性洗剤、イソプロピルアルコール、純水
で洗浄処理を施した無アルカリガラスを基板1として用
い、その基板1表面において、有機金属化合物から成る
ゾル溶液中に結晶核を入れ、または結晶核にゾル溶液を
塗布し、固化、熱処理を施すことにより、結晶核2上に
柱状中空構造を有する酸化チタン結晶3を形成した。
Alkali-free glass that has been washed with a neutral detergent, isopropyl alcohol, and pure water is used as the substrate 1, and crystal nuclei are put on the surface of the substrate 1 in a sol solution containing an organometallic compound, or crystal nuclei are added. By applying a sol solution to the above, solidifying and heat-treating, a titanium oxide crystal 3 having a columnar hollow structure was formed on the crystal nucleus 2.

【0063】有機金属化合物からなるゾル溶液の調整方
法としては、ブタンジオール:35g、H2O:0.4
g、硝酸:0.5gを混合して溶液とし、この溶液にチ
タニウムテトライソプロポキシド(以下、「TTIP」
と記す。)5gを攪拌しながら滴下し、その後4時間常
温にて攪拌しゾル溶液を得た。
As a method of preparing a sol solution containing an organometallic compound, butanediol: 35 g, H 2 O: 0.4
g, nitric acid: 0.5 g to prepare a solution, and titanium tetraisopropoxide (hereinafter, referred to as “TTIP”) was added to the solution.
Is written. ) 5 g was added dropwise with stirring, and then the mixture was stirred for 4 hours at room temperature to obtain a sol solution.

【0064】このようにして得たゾル溶液中に、各種作
製法により作製した結晶核を浸漬し、または各種作製法
により作製した結晶核に前記のようにして得たゾル溶液
を塗布し、乾燥固化、熱処理を施すことにより、結晶核
上に酸化チタン結晶を形成した。固化は乾燥機中で到達
温度150℃〜200℃、保持時間2時間の条件で行っ
た。熱処理は電気炉中で昇温速度10℃/min、到達
温度500℃〜600℃、保持時間2時間の条件で行っ
た。
The crystal nuclei prepared by various preparation methods are dipped in the sol solution thus obtained, or the sol solution obtained as described above is applied to the crystal nuclei prepared by various preparation methods and dried. Titanium oxide crystals were formed on the crystal nuclei by solidification and heat treatment. The solidification was carried out in a dryer under the conditions that the ultimate temperature was 150 ° C to 200 ° C and the holding time was 2 hours. The heat treatment was performed in an electric furnace under the conditions of a temperature rising rate of 10 ° C./min, an ultimate temperature of 500 ° C. to 600 ° C., and a holding time of 2 hours.

【0065】各種作製法による結晶核の作製のうち、噴
霧熱分解法(SPD法)による酸化チタン結晶膜の作製
方法は、本願発明者らによる非公知の特許出願(特願2
001−181969等)に示されている方法に従い、
次のように調製した。すなわち、原料液は、TTIPに
アセチルアセトン(以下、「Hacac」と記す。)を
mol比(Hacac/TTIP)1.0で添加し、こ
れをイソプロピルアルコールで希釈し、攪拌することに
よって調製した。噴霧熱分解(SPD)装置((株)メイ
ク製 YKII)による成膜条件は、噴霧圧力0.3MP
a、噴霧量1.0ml/sec、噴霧時間0.5ml/
回、基板温度450℃、噴霧回数200回、で行った。
SPD法により作製した酸化チタン結晶膜は、走査型電
子顕微鏡(以下、「SEM」と記す。)による表面観察
により、大きさ30nm〜100nmの結晶から構成さ
れていることが確認された。
Among the crystal nuclei produced by various production methods, the method for producing a titanium oxide crystal film by the spray pyrolysis method (SPD method) is not known to the inventors of the present application (Patent application 2).
001-181969 etc.),
Prepared as follows. That is, the raw material liquid was prepared by adding acetylacetone (hereinafter referred to as “Hacac”) to TTIP at a molar ratio (Hacac / TTIP) of 1.0, diluting this with isopropyl alcohol, and stirring. The film formation conditions using a spray pyrolysis (SPD) device (YKII manufactured by Make Co., Ltd.) are as follows: spray pressure 0.3MP
a, spray amount 1.0 ml / sec, spray time 0.5 ml /
The substrate temperature was 450 ° C. and the number of spraying was 200 times.
The titanium oxide crystal film produced by the SPD method was confirmed to be composed of crystals having a size of 30 nm to 100 nm by surface observation with a scanning electron microscope (hereinafter referred to as “SEM”).

【0066】このようにして得られた柱状中空構造を有
する酸化チタン光触媒材料が担持された光触媒体におい
て、担持された柱状中空構造の酸化チタン光触媒材料の
外壁部4の一部をイオンエッチング手法およびウェット
エッチング手法により取り除き、中空内部5の構造を外
部に露出させた。また、柱状中空の酸化チタン結晶作製
の熱処理工程制御による中空内部5の構造の外部への露
出は、上記の作製条件の昇温速度を20℃/min〜1
00℃/minとして実施した。
In the photocatalyst carrying the titanium oxide photocatalyst material having the columnar hollow structure thus obtained, a part of the outer wall portion 4 of the titanium oxide photocatalyst material having the columnar hollow structure carried is partly ion-etched and It was removed by a wet etching method to expose the structure of the hollow inside 5 to the outside. Further, the exposure of the structure of the hollow interior 5 to the outside by controlling the heat treatment process for producing the columnar hollow titanium oxide crystal is performed at a temperature rising rate of 20 ° C./min to 1 under the above producing conditions.
It was carried out at 00 ° C./min.

【0067】光触媒機能の評価として、有害物質である
アセトアルデヒドの分解試験を実施した。試験方法は、
まず、作製した酸化チタン光触媒体を20リットルのガ
ラス製の容器に入れ、容器内を人工空気で置換したの
ち、アセトアルデヒドガスを20ppmとなるように容
器内に注入した。次に、ブラックライトを酸化チタン光
触媒体に照射し、容器内のアセトアルデヒド濃度が1p
pm以下になるまでに要する時間をガスモニターにて測
定した。作製した酸化チタン光触媒体の表面観察は、S
EMにより行った。
As an evaluation of the photocatalytic function, a decomposition test of acetaldehyde which is a harmful substance was carried out. The test method is
First, the produced titanium oxide photocatalyst was placed in a 20-liter glass container, the interior of the container was replaced with artificial air, and then acetaldehyde gas was injected into the container at 20 ppm. Next, the titanium oxide photocatalyst was irradiated with black light so that the acetaldehyde concentration in the container was 1 p
The time required to reach pm or less was measured with a gas monitor. The surface of the produced titanium oxide photocatalyst was observed by S
It was performed by EM.

【0068】表1に、各実施例および比較例における実
験条件を示す。
Table 1 shows the experimental conditions in each Example and Comparative Example.

【0069】[0069]

【表1】 [Table 1]

【0070】実施例1は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にドライエッチング処理としてイオンエッチン
グ処理を施したものである。イオンエッチング処理は、
バッチ式スパッタリング装置(日本真空技術(株)製
型名:SH−350EL−T06)のエッチング機構を
用いて行った。エッチング手順を以下に示す。エッチン
グ室内(成膜室内)に柱状中空構造の酸化チタン結晶が
形成された基板を設置した。そして、油回転ポンプによ
り10Paまでエッチング室内を排気した。その後、タ
ーボ分子ポンプで排気して、エッチング室内を所定の真
空度である8×10−4Pa以下にした。アルゴンガス
をエッチング室内に導入してアルゴン雰囲気とした。こ
のときアルゴンガス圧力(スパッタ圧力)が0.5Pa
〜10.0Paになるように導入ガス流量とメインバル
ブの開閉度を調節した。そして高周波電源により、エッ
チング室内にて放電を行い、エッチングを行った(導入
したアルゴン原子は、放電によりイオン化し加速され
る。加速されたイオン化アルゴン原子がエッチングター
ゲットである柱状中空構造の酸化チタン結晶に衝突する
ことによって、外壁部4が破壊される)。エッチング処
理は1〜30min行った。このようにして得られた光
触媒材料は、図5に示したような柱状中空結晶の外壁部
4の一部が取り除かれた構造となることが、SEMを用
いた表面観察により確認された。
In Example 1, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was subjected to an ion etching treatment as a dry etching treatment. The ion etching process is
Batch type sputtering equipment (manufactured by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd.)
It was performed using an etching mechanism of model name: SH-350EL-T06). The etching procedure is shown below. A substrate on which a titanium oxide crystal having a columnar hollow structure was formed was placed in an etching chamber (deposition chamber). Then, the etching chamber was evacuated to 10 Pa by an oil rotary pump. Then, the interior of the etching chamber was evacuated by a turbo molecular pump to a predetermined vacuum degree of 8 × 10 −4 Pa or less. Argon gas was introduced into the etching chamber to create an argon atmosphere. At this time, the argon gas pressure (sputtering pressure) is 0.5 Pa.
The flow rate of the introduced gas and the degree of opening / closing of the main valve were adjusted so as to be ˜10.0 Pa. Then, a high frequency power supply was used to perform discharge in the etching chamber for etching (the introduced argon atoms are ionized and accelerated by the discharge. The accelerated ionized argon atoms are columnar hollow structure titanium oxide crystals serving as an etching target. The outer wall portion 4 is destroyed by the collision with the). The etching process was performed for 1 to 30 minutes. It was confirmed by surface observation using an SEM that the photocatalyst material thus obtained had a structure in which a part of the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal was removed as shown in FIG.

【0071】実施例2は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にドライエッチング処理としてイオンエッチン
グ処理を施したものである。イオンエッチング処理は、
スパッタリング装置のエッチング機構を用いて行った。
エッチング手順を以下に示す。エッチング室内(成膜室
内)に柱状中空構造の酸化チタン結晶が形成された基板
を設置した。まず、油回転ポンプにより10Paまでエ
ッチング室内を排気した。その後、ターボ分子ポンプで
10−4Pa以下になるまで排気してエッチング室内を
所定の真空度にした。アルゴンガスをエッチング室内に
導入してアルゴン雰囲気とした。このときアルゴンガス
圧力(スパッタ圧力)が0.5Pa〜10.0Paにな
るように導入ガス流量とメインバルブの開閉度を調節し
た。そして高周波電源により、エッチング室内にて放電
を行い、エッチングを行った。導入したアルゴン原子が
放電によりイオン化し加速されることによってエッチン
グターゲットとなる柱状中空構造の酸化チタン結晶に衝
突し、外壁部4の一部が破壊される。このエッチング処
理は30〜120min行った。このようにして得られ
た光触媒材料は、図5に示したような柱状中空結晶の外
壁部4が取り除かれた構造になることが、SEMを用い
た表面観察により確認された。
In Example 2, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was subjected to an ion etching treatment as a dry etching treatment. The ion etching process is
It was performed using the etching mechanism of the sputtering device.
The etching procedure is shown below. A substrate on which a titanium oxide crystal having a columnar hollow structure was formed was placed in an etching chamber (deposition chamber). First, the etching chamber was evacuated to 10 Pa by an oil rotary pump. Then, a turbo molecular pump was evacuated to 10-4 Pa or less, and the inside of the etching chamber was set to a predetermined vacuum degree. Argon gas was introduced into the etching chamber to create an argon atmosphere. At this time, the flow rate of the introduced gas and the degree of opening / closing of the main valve were adjusted so that the argon gas pressure (sputtering pressure) was 0.5 Pa to 10.0 Pa. Then, a high frequency power source was used to discharge in the etching chamber to perform etching. When the introduced argon atoms are ionized and accelerated by the discharge, they collide with titanium oxide crystals having a columnar hollow structure as an etching target, and a part of the outer wall portion 4 is destroyed. This etching treatment was performed for 30 to 120 minutes. It was confirmed by surface observation using an SEM that the photocatalyst material thus obtained had a structure in which the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal as shown in FIG. 5 was removed.

【0072】実施例3は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にウェットエッチング処理を施したものであ
る。ウェットエッチング処理は、酸化チタンに対して溶
解性を有する硫酸(以下、「H2SO4」と記す。)を
用いて行った。エッチング手順を以下に示す。濃度1〜
20%のH2SO4溶液を調製し、柱状中空構造の酸化
チタン結晶を有する光触媒材料が基板に担持されている
光触媒体を前記溶液内に浸漬した。1〜24時間浸漬し
た後、純水による超音波洗浄を30分間施し、その後1
50℃で2時間乾燥させた。このようにして得られた光
触媒体は、柱状中空結晶の外壁部4の一部が取り除かれ
た構造になることが、SEMを用いた表面観察により確
認された。
In Example 3, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was wet-etched. The wet etching treatment was performed using sulfuric acid having solubility in titanium oxide (hereinafter referred to as “H2SO4”). The etching procedure is shown below. Concentration 1
A 20% H2SO4 solution was prepared, and a photocatalyst body in which a photocatalyst material having columnar hollow structure titanium oxide crystals was supported on a substrate was immersed in the solution. After soaking for 1 to 24 hours, ultrasonic cleaning with pure water is applied for 30 minutes, and then 1
It was dried at 50 ° C. for 2 hours. It was confirmed by surface observation using an SEM that the photocatalyst body thus obtained had a structure in which a part of the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal was removed.

【0073】実施例4は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にウェットエッチング処理を施したものであ
る。ウェットエッチング処理は、酸化チタンに対して溶
解性を有する水酸化ナトリウム(以下、「NaOH」と
記す。)を用いて行った。エッチング手順を以下に示
す。濃度1〜20%のNaOH溶液を調製し、柱状中空
構造の酸化チタン結晶を有する光触媒材料が基板に担持
されている光触媒体を前記溶液内に浸漬させた。1〜2
4時間浸漬した後、純水による超音波洗浄を30分間施
し、その後150℃で2時間乾燥させた。このようにし
て得られた光触媒材料は、柱状中空結晶の外壁部4の一
部が取り除かれた構造になることが、SEMを用いた表
面観察により確認された。
In Example 4, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was wet-etched. The wet etching treatment was performed using sodium hydroxide having a solubility in titanium oxide (hereinafter referred to as “NaOH”). The etching procedure is shown below. A NaOH solution having a concentration of 1 to 20% was prepared, and a photocatalyst body in which a photocatalyst material having a columnar hollow structure titanium oxide crystal was carried on a substrate was immersed in the solution. 1-2
After soaking for 4 hours, ultrasonic cleaning with pure water was performed for 30 minutes, and then dried at 150 ° C. for 2 hours. It was confirmed by surface observation using SEM that the photocatalyst material thus obtained had a structure in which a part of the outer wall portion 4 of the columnar hollow crystal was removed.

【0074】実施例5は、柱状中空構造の酸化チタン結
晶作製の熱処理工程において、熱処理の諸条件を、処理
温度500℃〜600℃、昇温速度20℃/min〜1
00℃/min、保持時間2時間、にそれぞれ設定して
作製したものである。このようにして得られた光触媒材
料は、図9に示したような、外壁部4が結晶密度の低い
状態で形成され、中空内部5の構造が外部に露出してい
る構造となることが、SEMを用いた表面観察により確
認された。
In Example 5, in the heat treatment step for producing a titanium oxide crystal having a columnar hollow structure, various heat treatment conditions were set at a treatment temperature of 500 ° C. to 600 ° C. and a heating rate of 20 ° C./min to 1
It was produced by setting the temperature to 00 ° C./min and the holding time to 2 hours. The photocatalyst material thus obtained may have a structure in which the outer wall portion 4 is formed with a low crystal density and the structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside, as shown in FIG. It was confirmed by surface observation using SEM.

【0075】比較例1は、上述のドライエッチング手法
等、柱状中空結晶の内部の構造を露出するための処理
(以下、「中空内部露出処理」ともいう。)を施してい
ない柱状中空構造の酸化チタン結晶光触媒材料である。
中空内部露出処理を施していないため、SEMを用いた
表面観察では、柱状中空結晶の中空内部が外部に露出す
ることがない形態であった。
In Comparative Example 1, the columnar hollow structure was not oxidized by the above-described dry etching technique or the like to expose the internal structure of the columnar hollow crystal (hereinafter, also referred to as "hollow inside exposure process"). Titanium crystal photocatalyst material.
Since the inside of the hollow was not exposed, the surface of the columnar hollow crystal was not exposed to the outside in the surface observation using SEM.

【0076】比較例2は、市販の粉末状光触媒材料であ
る(石原産業(株)製 ST−01)。SEMを用いた表
面観察では、これは、粒径5nm〜30nm程度の酸化
チタン粒子から構成されていた。
Comparative Example 2 is a commercially available powdery photocatalytic material (ST-01 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.). According to surface observation using SEM, it was composed of titanium oxide particles having a particle size of about 5 nm to 30 nm.

【0077】これら実施例および比較例の各実験結果を
表2に示す。
Table 2 shows the experimental results of these Examples and Comparative Examples.

【0078】[0078]

【表2】 [Table 2]

【0079】表2の結果から以下のことがわかる。柱状
中空構造の酸化チタン結晶光触媒材料であって、中空内
部露出処理を施していない比較例1は、高さ3000〜
5000nm、巾300〜500nmの柱状中空結晶で
ある光触媒結晶体からなる集合体を形成していた。ま
た、中空内部露出処理を施していないため、柱状中空結
晶の中空内部の構造が外部に露出しない形態を成してい
ることもSEM観察により確認された。アセトアルデヒ
ドの分解時間は15minであり、後述する比較例2よ
りも分解性能が高く、高活性の光触媒機能を示した。
The following can be seen from the results in Table 2. The titanium oxide crystal photocatalyst material having a columnar hollow structure, which is not subjected to the hollow interior exposure treatment, has a height of 3000 to
An aggregate composed of photocatalyst crystals, which were columnar hollow crystals with a width of 5000 nm and a width of 300 to 500 nm, was formed. It was also confirmed by SEM observation that the structure inside the hollow of the columnar hollow crystal was not exposed to the outside because the hollow inside exposure treatment was not performed. The decomposition time of acetaldehyde was 15 min, and the decomposition performance was higher than that of Comparative Example 2 described later, which showed a highly active photocatalytic function.

【0080】粉末状の光触媒材料である比較例2は、粒
径5〜30nmの酸化チタン粒子が多数存在しているこ
とがSEM観察により確認された。アセトアルデヒドの
分解時間は28minだった。
It was confirmed by SEM observation that Comparative Example 2 which is a powdery photocatalyst material has a large number of titanium oxide particles having a particle size of 5 to 30 nm. The decomposition time of acetaldehyde was 28 min.

【0081】上記比較例1および2に対し、実施例1〜
5は、柱状中空構造を有する酸化チタン結晶光触媒材料
であって、上述の各種の中空内部露出処理により、中空
内部の構造を外部に露出させたものである。以下に各実
施例の結果について詳細に記す。
In contrast to Comparative Examples 1 and 2 above, Examples 1 to 1
Reference numeral 5 is a titanium oxide crystal photocatalyst material having a columnar hollow structure, and the structure inside the hollow is exposed to the outside by the above various kinds of hollow inside exposure treatment. The results of each example will be described in detail below.

【0082】実施例1は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にドライエッチング処理としてイオンエッチン
グ処理を施したものである。イオンエッチング処理は、
アルゴンガス圧力(スパッタ圧力)が0.5Pa〜1
0.0Pa、エッチング処理時間1〜30minの条件
で行ったものである。このようにして得られた光触媒材
料は図5に示したような、柱状中空結晶の外壁部の一部
が取り除かれ、中空内部の構造が外部に露出した構造を
有することが、SEMを用いた表面観察により確認され
た。アセトアルデヒドの分解時間は9minであり、非
常に分解性能が高く、高活性の光触媒機能を示した。
In Example 1, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was subjected to an ion etching treatment as a dry etching treatment. The ion etching process is
Argon gas pressure (sputtering pressure) is 0.5 Pa to 1
It was performed under the conditions of 0.0 Pa and an etching treatment time of 1 to 30 minutes. The photocatalyst material thus obtained has a structure in which a part of the outer wall portion of the columnar hollow crystal is removed and the hollow inner structure is exposed to the outside as shown in FIG. It was confirmed by surface observation. The decomposition time of acetaldehyde was 9 min, which showed a very high decomposition performance and a highly active photocatalytic function.

【0083】実施例2は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にドライエッチング処理としてイオンエッチン
グ処理を施したものである。イオンエッチング処理は、
アルゴンガス圧力(スパッタ圧力)が0.5Pa〜1
0.0Pa、エッチング処理時間30〜120minの
条件で行ったものである。このようにして得られた光触
媒材料は、柱状中空結晶の外壁部の一部が取り除かれ、
中空内部の構造が外部に露出している形態を成すこと
が、SEMを用いた表面観察により確認された。アセト
アルデヒドの分解時間は8minであり、非常に分解性
能が高く、高活性の光触媒機能を示した。
In Example 2, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was subjected to an ion etching treatment as a dry etching treatment. The ion etching process is
Argon gas pressure (sputtering pressure) is 0.5 Pa to 1
It was performed under the conditions of 0.0 Pa and an etching treatment time of 30 to 120 min. The photocatalytic material thus obtained has a part of the outer wall portion of the columnar hollow crystal removed,
It was confirmed by surface observation using SEM that the structure inside the hollow was exposed to the outside. The decomposition time of acetaldehyde was 8 min, and the decomposition performance was very high, and it showed a highly active photocatalytic function.

【0084】実施例3は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にウェットエッチング処理を施したものであ
る。ウェットエッチング処理は、酸化チタンに対して溶
解性を有するH2SO4(溶液濃度1〜20%、浸漬時
間1〜24時間)を用いて行った。このようにして得ら
れた光触媒材料は、柱状中空結晶の外壁部の一部が取り
除かれ、中空内部の構造が外部に露出している形態を成
すことが、SEMを用いた表面観察により確認された。
アセトアルデヒドの分解時間は10minであり、非常
に分解性能が高く、高活性の光触媒機能を示した。
In Example 3, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was wet-etched. The wet etching treatment was performed using H2SO4 (solution concentration 1 to 20%, immersion time 1 to 24 hours) having solubility in titanium oxide. The photocatalyst material thus obtained has a form in which a part of the outer wall of the columnar hollow crystal is removed and the structure of the hollow interior is exposed to the outside, which is confirmed by surface observation using SEM. It was
The decomposition time of acetaldehyde was 10 min, the decomposition performance was very high, and a highly active photocatalytic function was exhibited.

【0085】実施例4は、柱状中空構造の酸化チタン光
触媒材料にウェットエッチング処理を施したものであ
る。ウェットエッチング処理は、酸化チタンに対して溶
解性を有するNaOH(溶液濃度1〜20%、浸漬時間
1〜24時間)を用いて行った。このようにして得られ
た光触媒材料は、柱状中空結晶の外壁部の一部が取り除
かれ、中空内部の構造が外部に露出している形態を成す
ことが、SEMを用いた表面観察により確認された。ア
セトアルデヒドの分解時間は11minであり、非常に
分解性能が高く、高活性の光触媒機能を示した。
In Example 4, a titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure was wet-etched. The wet etching treatment was performed using NaOH (solution concentration 1 to 20%, immersion time 1 to 24 hours) having solubility in titanium oxide. The photocatalyst material thus obtained has a form in which a part of the outer wall of the columnar hollow crystal is removed and the structure of the hollow interior is exposed to the outside, which is confirmed by surface observation using SEM. It was The decomposition time of acetaldehyde was 11 min, the decomposition performance was very high, and it showed a highly active photocatalytic function.

【0086】実施例5は、柱状中空の酸化チタン光触媒
材料作製の熱処理工程において、熱処理の諸条件を、処
理温度500℃〜600℃、昇温速度20℃/min〜
100℃/min、保持時間2時間、にそれぞれ設定し
て作製したものである。このようにして得られた光触媒
材料は、外壁部の一部が結晶密度の低い状態で形成さ
れ、中空内部5の構造が外部に露出していることが、S
EMを用いた表面観察により確認された。アセトアルデ
ヒドの分解時間は8minであり、非常に分解性能が高
く、高活性の光触媒機能を示した。
In Example 5, in the heat treatment step for producing a hollow titanium oxide photocatalyst material, various conditions of the heat treatment were: a treatment temperature of 500 ° C. to 600 ° C. and a heating rate of 20 ° C./min.
It was produced by setting the temperature to 100 ° C./min and the holding time to 2 hours. In the photocatalyst material obtained in this manner, a part of the outer wall portion is formed in a state where the crystal density is low, and the structure of the hollow interior 5 is exposed to the outside.
It was confirmed by surface observation using EM. The decomposition time of acetaldehyde was 8 min, and the decomposition performance was very high, and it showed a highly active photocatalytic function.

【0087】以上の実施例1〜5より、高活性の光触媒
機能を発現するためには、柱状中空構造を有する酸化チ
タン結晶の中空内部を外部に露出させることが有効であ
ることが確認された。これは、大きさ5nm〜50nm
の結晶粒子6が低密度な状態で結晶集合体を形成し、中
空内部5に存在しているためと考えられる。すなわち、
低密度の状態で結晶集合体として存在する結晶粒子6を
外部に露出させることで、光触媒機能に寄与する表面の
面積が増大し、高活性化が達成される。
From the above Examples 1 to 5, it was confirmed that it is effective to expose the hollow interior of the titanium oxide crystal having a columnar hollow structure to the outside in order to exhibit a highly active photocatalytic function. . This is 5nm to 50nm in size
It is presumed that the crystal grains 6 of No. 2 form a crystal aggregate in a low density state and are present in the hollow interior 5. That is,
By exposing the crystal particles 6 existing as a crystal aggregate in a low density state to the outside, the surface area contributing to the photocatalytic function is increased, and high activation is achieved.

【0088】なお、上記実施例1〜5では中空内部露出
処理を施す柱状中空構造の酸化チタン光触媒材料を有機
金属化合物を含むゾル溶液を用いて作製したが、無機金
属化合物を含むゾル溶液を用いて作製した場合でも柱状
中空構造の酸化チタン結晶が作製され、中空内部露出処
理を行うことにより、光触媒機能の高活性化が達成され
る。このことは実験により確認済みである。
In Examples 1 to 5, the titanium oxide photocatalyst material having a columnar hollow structure to be subjected to the hollow interior exposure treatment was prepared using a sol solution containing an organic metal compound. However, a sol solution containing an inorganic metal compound was used. Even if it is produced by the above method, a titanium oxide crystal having a columnar hollow structure is produced, and by performing the hollow inside exposure treatment, high activation of the photocatalytic function is achieved. This has been confirmed by experiments.

【0089】また、中空内部露出処理の例として、ドラ
イエッチング、ウエットエッチング、熱処理工程におけ
る昇温速度制御を挙げたが、機械的方法として柱状中空
結晶の外壁部4を研磨することによりその一部を取り除
くことによっても、中空内部5の構造が外部に露出し、
光触媒機能の高活性化を図ることができる。このことは
実験により確認済みである。
As an example of the hollow interior exposing process, dry etching, wet etching, and heating rate control in the heat treatment process were mentioned. However, by mechanically polishing the outer wall part 4 of the columnar hollow crystal, a part of the process is performed. Even by removing the, the structure of the hollow inside 5 is exposed to the outside,
The photocatalytic function can be highly activated. This has been confirmed by experiments.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明の光触媒材料によれば、以上のよ
うに構成されているため、極めて高活性の光触媒機能を
達成することができる。
According to the photocatalyst material of the present invention, since it is constituted as described above, it is possible to achieve a photocatalytic function having an extremely high activity.

【0091】また、本発明の光触媒材料は、紫外線光源
と共に筺体に組み込んで装置とし、装置を用いて空気を
循環させることにより、臭い成分、有害成分を分解し、
空気の清浄化を効率的に行うことができる。
Further, the photocatalyst material of the present invention is incorporated into a housing together with an ultraviolet light source into a device, and air is circulated using the device to decompose odorous components and harmful components,
The air can be efficiently cleaned.

【0092】また、本発明の光触媒材料は、内部露出構
造が設けられることによって、柱状中空構造の酸化チタ
ン結晶の中空内部の構造を露出させ、光触媒機能に寄与
する表面の面積を増大させたものであるため、微粒子、
細菌等の捕獲効果が大きい。
In addition, the photocatalyst material of the present invention is provided with an internal exposed structure to expose the structure inside the hollow of the titanium oxide crystal having a columnar hollow structure to increase the surface area contributing to the photocatalytic function. Therefore, the fine particles,
The effect of capturing bacteria is great.

【0093】さらに本発明の光触媒材料は、極めて高活
性の光触媒機能により、清浄機能、抗菌機能、脱臭機
能、防汚機能等において顕著な効果を有し、空気清浄
機、脱臭機、冷暖房機等の各種空調機器あるいは清水器
や水質浄化機器などの環境浄化装置に、広く応用するこ
とができる。
Further, the photocatalyst material of the present invention has a remarkable effect in cleaning function, antibacterial function, deodorizing function, antifouling function, etc. due to the extremely high activity of the photocatalyst function, and is used in air purifiers, deodorizers, air conditioners, etc. It can be widely applied to various air conditioners or environmental purification devices such as water purifiers and water purification devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光触媒材料の縦断面を示す模式図。FIG. 1 is a schematic view showing a vertical cross section of a photocatalyst material of the present invention.

【図2】本発明の光触媒材料の外観を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the appearance of the photocatalytic material of the present invention.

【図3】本発明の光触媒材料の内部構造の縦断面を示す
模式図。
FIG. 3 is a schematic view showing a vertical cross section of the internal structure of the photocatalytic material of the present invention.

【図4】ドライエッチング手法を用いた、本発明の光触
媒材料製造方法を示すフロー図。
FIG. 4 is a flow chart showing a method for producing a photocatalyst material of the present invention using a dry etching method.

【図5】本発明の実施形態の一例を示す電子顕微鏡写
真。ドライエッチング手法による柱状中空結晶の内部構
造。
FIG. 5 is an electron micrograph showing an example of an embodiment of the present invention. Internal structure of columnar hollow crystals by dry etching method.

【図6】ウェットエッチング手法を用いた、本発明の光
触媒材料製造方法を示すフロー図。
FIG. 6 is a flowchart showing a method for producing a photocatalyst material of the present invention using a wet etching method.

【図7】機械的方法を用いた、本発明の光触媒材料製造
方法を示すフロー図。
FIG. 7 is a flow chart showing a method for producing a photocatalyst material of the present invention using a mechanical method.

【図8】熱処理工程制御による、本発明の光触媒材料製
造方法を示すフロー図。
FIG. 8 is a flow chart showing a method for producing a photocatalyst material of the present invention by controlling a heat treatment process.

【図9】本発明の実施形態の一例を示す電子顕微鏡写
真。熱処理工程制御による柱状中空結晶の内部構造。
FIG. 9 is an electron micrograph showing an example of an embodiment of the present invention. Internal structure of columnar hollow crystals by controlling the heat treatment process.

【図10】孔形成工程を含まない製造方法による光触媒
材料の外観構成を示す模式図。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an external configuration of a photocatalyst material by a manufacturing method that does not include a hole forming step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、51…光触媒材料担持体(基板)、 2、52…基
部(結晶核)、 3、53…光触媒結晶体(柱状中空構
造の酸化チタン結晶)、 4…外壁部、 5…中空内
部、 6…内部の結晶粒子(光触媒粒子)、 8…内部
露出構造、 10、60…光触媒材料、 20、70…
光触媒体、31…ゲル化工程、 32…固化工程、 3
3、34…熱処理工程、35…内部露出構造形成工程
(ドライエッチング手法)、 36…内部露出構造形成
工程(ウェットエッチング手法)、 38…内部露出構
造形成工程(機械的方法)、S1…結晶核、 S2…ゾ
ル溶液、 M3…光触媒材料の原型、 M4…固化した
原型、 M5…内部露出構造のない光触媒材料、 P6
…光触媒材料
1, 51 ... Photocatalyst material support (substrate), 2, 52 ... Base (crystal nucleus), 3, 53 ... Photocatalyst crystal (columnar hollow structure titanium oxide crystal), 4 ... Outer wall, 5 ... Hollow interior, 6 ... Internal crystal particles (photocatalyst particles), 8 ... Internal exposed structure, 10,60 ... Photocatalyst material, 20,70 ...
Photocatalyst body, 31 ... Gelation step, 32 ... Solidification step, 3
3, 34 ... Heat treatment step, 35 ... Internal exposed structure forming step (dry etching method), 36 ... Internal exposed structure forming step (wet etching method), 38 ... Internal exposed structure forming step (mechanical method), S1 ... Crystal nucleus , S2 ... Sol solution, M3 ... Prototype of photocatalytic material, M4 ... Prototype solidified, M5 ... Photocatalytic material without internal exposed structure, P6
… Photocatalytic material

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/00 C01G 23/053 C01G 23/053 B01D 53/36 J G (72)発明者 川浪 文江 青森県八戸市大字市川町字長七谷地2番 672号 アンデス電気株式会社内 (72)発明者 工藤 一人 青森県八戸市大字市川町字長七谷地2番 672号 アンデス電気株式会社内 (72)発明者 類家 東 青森県八戸市大字市川町字長七谷地2番 672号 アンデス電気株式会社内 (72)発明者 池上 昭 青森県八戸市大字市川町字長七谷地2番 672号 アンデス電気株式会社内 Fターム(参考) 4D048 AA19 AB03 BA07X BA41X BB17 EA01 4G047 CA02 CB06 CC03 CD04 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA37 BA38 BA48A CA01 CA11 CA17 CD10 DA05 DA07 EA06 EB14X EB14Y EC30 FA01 FB08 FB29 FB48 FC07─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) B01J 37/00 C01G 23/053 C01G 23/053 B01D 53/36 J G (72) Inventor Fumie Kawanami Aomori No. 2 672 Nagachitanachi, Ichikawa-cho, Hachinohe City Andes Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kudo, No. 2 672, Nagachitanachi, Ichikawa-cho, Hachinohe City, Aomori Prefecture (72) Inventor No. 2 No. 672 Nagachitanachi, Ichikawa-machi, Hachinohe, Higashiomori, Higashi-Aomori Prefecture, Andes Electric Co., Ltd. (72) Inventor, Akira Ikegami No. 2, 672, Nagachiya, Ichikawa, Hachinohe, Aomori Prefecture Term (reference) 4D048 AA19 AB03 BA07X BA41X BB17 EA01 4G047 CA02 CB06 CC03 CD04 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA37 BA38 BA48A CA01 CA11 CA17 CD10 DA05 DA07 EA06 EB14X EB14Y EC30 FA01 FB08 FB29 FB48 FC07

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光触媒材料担持体の表面に固定されるた
めの基部、または光触媒材料担持体の表面に固定されて
いる基部と、該基部から伸長する、中空の柱状構造をと
る光触媒結晶体と、からなる光触媒材料であって、該光
触媒結晶体に、該結晶体内部の構造を露出させる、内部
露出構造が存在していることを特徴とする、光触媒材
料。
1. A base to be fixed on the surface of a photocatalyst material carrier, or a base fixed to the surface of the photocatalyst material carrier, and a photocatalyst crystal body extending from the base and having a hollow columnar structure. A photocatalyst material comprising: a photocatalyst material, wherein the photocatalyst crystal body has an internally exposed structure for exposing a structure inside the crystal body.
【請求項2】 前記光触媒が酸化チタンであり、前記基
部が結晶核であり、前記光触媒結晶体内部に光触媒粒子
からなる構造が存在していることを特徴とする、請求項
1記載の光触媒材料。
2. The photocatalyst material according to claim 1, wherein the photocatalyst is titanium oxide, the base is a crystal nucleus, and a structure composed of photocatalyst particles is present inside the photocatalyst crystal body. .
【請求項3】 光触媒材料担持体と、該光触媒材料担持
体上に担持された請求項1または2に記載の光触媒材料
と、からなる光触媒体。
3. A photocatalyst body comprising a photocatalyst material carrier and the photocatalyst material according to claim 1 carried on the photocatalyst material carrier.
【請求項4】 光触媒材料の基部とするための結晶核
を、有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶
液に入れ、または光触媒材料の基部とするための結晶核
に有機金属化合物または無機金属化合物を含むゾル溶液
を塗布して、ゲル化による光触媒材料の原型を得るため
のゲル化工程と、該ゲル化工程により得られた該原型を
乾燥して固化するための固化工程と、固化した原型を熱
処理して、中空の柱状構造をとる光触媒結晶体を有する
光触媒材料を得るための熱処理工程と、からなる光触媒
材料製造方法において、該熱処理工程で得られる光触媒
材料にドライエッチング手法を施して、該光触媒結晶体
の表面に該結晶体内部の構造を露出させる内部露出構造
を形成するための内部露出構造形成工程を設けることを
特徴とする、光触媒材料製造方法。
4. A crystal nucleus for forming a base of a photocatalyst material is placed in a sol solution containing an organometallic compound or an inorganic metal compound, or a crystal nucleus for forming a base of a photocatalyst material contains an organometallic compound or an inorganic metal compound. And a solidification step for drying and solidifying the master obtained by the gelling step, and a solidified master. A heat treatment step for obtaining a photocatalyst material having a photocatalyst crystal body having a hollow columnar structure, and a photocatalyst material manufacturing method consisting of: performing a dry etching technique on the photocatalyst material obtained in the heat treatment step, A photocatalyst material, characterized by comprising an internal exposed structure forming step for forming an internal exposed structure for exposing a structure inside the crystal on the surface of the photocatalytic crystal. Manufacturing method.
【請求項5】 前記内部露出構造形成工程が、ドライエ
ッチング手法の代わりにウェットエッチング手法を用い
るものであることを特徴とする、請求項4記載の光触媒
材料製造方法。
5. The method for producing a photocatalyst material according to claim 4, wherein the internal exposed structure forming step uses a wet etching method instead of a dry etching method.
【請求項6】 前記内部露出構造形成工程が、ドライエ
ッチング手法の代わりに機械的方法を用いるものである
ことを特徴とする、請求項4記載の光触媒材料製造方
法。
6. The method for producing a photocatalyst material according to claim 4, wherein the internal exposed structure forming step uses a mechanical method instead of a dry etching method.
【請求項7】 前記ゲル化工程と、前記固化工程と、前
記熱処理工程とからなる光触媒材料製造方法において、
前記光触媒結晶体の表面に該結晶体内部の構造を露出さ
せる内部露出構造を形成するために、該熱処理工程にお
いて、15℃/min〜105℃/minの昇温速度で
熱処理することを特徴とする、光触媒材料製造方法。
7. A method for producing a photocatalyst material, which comprises the gelling step, the solidifying step, and the heat treatment step,
In order to form an internal exposed structure that exposes a structure inside the photocatalyst crystal on the surface of the photocatalyst crystal, heat treatment is performed at a heating rate of 15 ° C./min to 105 ° C./min in the heat treatment step. A method for manufacturing a photocatalytic material.
【請求項8】 請求項1もしくは2に記載の光触媒材
料、または請求項3に記載の光触媒体を用いた、光触媒
材料応用品。
8. A photocatalyst material application product using the photocatalyst material according to claim 1 or 2, or the photocatalyst body according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005059001A (en) * 2003-07-31 2005-03-10 Cluster Technology Co Ltd Method for deposition
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JP2006224000A (en) * 2005-02-17 2006-08-31 Institute Of National Colleges Of Technology Japan Method of synthesizing photocatalyst and photocatalyst precursor

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