JP7110342B2 - 光触媒クラスター及び光触媒分散系 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態1の光触媒粒子1の構成を表す側面図である。図2は、光触媒粒子(光触媒)1が互いに固着してクラスターを形成している構成を表す斜視図である。光触媒粒子1は、キャリア輸送層3と、キャリア輸送層3の表面の一部に設けられた負極2と、キャリア輸送層3の表面の他の一部に設けられた正極4とを備える。負極2と正極4とは、キャリア輸送層3を介して互いに離れている。
図4は、実施形態1に係る光触媒粒子1の製造工程を表す図である。なお、図4を用いて説明する光触媒粒子1の各部材の材料及び各工程で用いる方法は一例である。
ここで、一般的に光触媒として、酸化チタンからなる光触媒が用いられている。この酸化チタンは、紫外光(波長が約400nm程度以下)を主に吸収し、紫外光よりも波長が長波長である光は吸収せずに透過する。
光触媒粒子1を使用する場合、複数の光触媒粒子1を分散媒5に分散させた光触媒分散液6としてもよい。図2は、複数の光触媒粒子1が集合したクラスターを分散させた光触媒分散液の模式図である。分散媒5は、水などの水系分散媒であってもよく、エタノール、メタノール、テンピネオールなどの有機系分散媒であってもよい。
光触媒粒子1と、単層の半導体層を有する比較例に係る光触媒体とで、光触媒としての機能の比較を行った。
図8は、実施形態2に係る光触媒粒子1Aの構成を表す断面図である。光触媒粒子1Aは、光触媒粒子1(図1参照)の負極2を負極2Aへ変更した構成である。光触媒粒子1Aの他の構成は光触媒粒子1と同様である。
(1)キャリア輸送層3となるキャリア輸送材料をウエットで塗布し、乾燥する前に負極となる酸化物のクラスター(増感剤12担持済み)を散りばめる。それにより、キャリア輸送層3を構成するキャリア輸送材料が負極の酸化物クラスターの細孔内部へ浸透する。この結果、必然的に増感剤12にキャリア輸送層3が接触することになる。
(2)上記(1)とは逆で、基板上に負極の酸化物を形成し、増感剤12を担持(増感剤12を溶解した溶液中に浸漬、など)させた後に、キャリア輸送層3となるキャリア輸送材料を塗布し、基板まで浸透する前に乾燥して固定化する。この方法によっても、増感剤12とキャリア輸送層3とを接触させることができる。
実施例2に係る光触媒粒子1Aを実施形態2で説明した方法によって作製した。具体的には、酸化チタン膜2aを形成したガラス基材71を、増感色素N719を含む分散液(シグマアルドリッチ製、濃度0.2mmol)に浸漬させ、4h以上静置させ、負極2に増感色素を吸着させ、それ以外は実施例1と同じ方法で光触媒粒子1を作製した。
図11は、実施形態3に係る光触媒粒子1Bの構成を表す断面図である。光触媒粒子1Bは、光触媒粒子1(図1参照)の正極4を正極4Bへ変更した構成である。光触媒粒子1Bの他の構成は光触媒粒子1と同様である。
図12は、実施形態3に係る光触媒粒子1Bの製造工程を表す図である。なお、図12を用いて説明する光触媒粒子1Bの各部材の材料及び各工程で用いる方法は一例である。
図14は、実施例3に係る試験の結果を表す図である。
本開示の実施形態4に係る光触媒分散系について以下に説明する。実施形態4に係る光触媒分散系は、実施形態1に係る光触媒粒子1と、バインダとなる粒子と、光触媒粒子1およびバインダとを分散させた分散媒とを含む。尚、実施形態4において、光触媒粒子1は、光触媒粒子1A、1Bに置き換えられてもよい。
実施例1で作成した光触媒粒子1(平均粒径80μm)を0.7mgと、第2の光触媒粒子2として平均粒径100μmの酸化タングステン(WO3、富士フイルム和光純薬工業社製)0.7mgを水8.6mlに分散させ、水スラリー(光触媒分散系)を作成した。
実施例4において、実施例1で作成した光触媒粒子1を2.5mgに置き換えたこと以外は、実施例4と同じ条件で水スラリーを作成した。
実施例4において、第2の光触媒粒子として酸化タングステンを加えないこと以外は、実施例4と同じ条件で水スラリーを作成した。
実施例4において、酸化タングステンを酸化ケイ素(SiO2、シーアイ化成社製)1mgに置き換えて、実施例4と同じ条件で水スラリーを作成した。
実施例4において、酸化タングステンをPVA(ポリビニルアルコール、濃度70%)1mlに置き換えて、実施例4と同じ条件で水スラリーを作成した。
実施例4において、光触媒粒子1を加えずに、第2の光触媒粒子として酸化タングステン(WO3、富士フイルム和光純薬工業社製)の量を0.7mgから2倍にする以外、実施例4と同じ条件で水スラリーを作成した。
各実施例4~8、比較例3の通り準備された水スラリーをそれぞれ10cm×10cm角のFTOガラスに、塗布し、120℃で乾燥し、膜厚50nmの光触媒膜A~Fを形成した。また、トリオレイン(和光純薬工業株式会社製)、65wt%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液(花王株式会社製)、ケラチンを、トリオレイン:65wt%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液:ケラチン=10:7:5(質量比)で混合し、人工指紋液を得た。
本国際出願は、2018年6月22日に日本特許庁に出願された日本国特許出願第2018-119276号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2018-119276号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
Claims (14)
- 複数の光触媒粒子が互いにランダムな方向に固着してクラスターを形成しており、
前記光触媒粒子は、キャリア輸送材料を含むキャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備え、
前記負極は、複数の第1の金属酸化物の粒子同士が接した第1の金属酸化物の粒子の集合体であり、
前記キャリア輸送材料は、前記複数の第1の金属酸化物の粒子の集合体の細孔内部へ浸透していることを特徴とする光触媒クラスター。 - 光触媒の平均粒径が500nm以上、150μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光触媒クラスター。
- 前記キャリア輸送層は、ヨウ化銅、酸化ニッケル、PEDOT、PEDOT‐PSS、Spiro‐OMeTADの何れかを含むホール輸送材料を有することを特徴とする請求項1または2の何れか1項に記載の光触媒クラスター。
- 前記負極と、前記正極とのうち少なくとも一方は、増感剤を担持していることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の光触媒クラスター。
- 前記増感剤は、有機増感剤、無機増感剤及び量子ドットの何れかを含むことを特徴とする請求項4に記載の光触媒クラスター。
- 前記増感剤が担持された部分は、前記キャリア輸送層と接触していることを特徴とする請求項4又は5に記載の光触媒クラスター。
- 複数の光触媒粒子が液体または気体である分散媒に分散されており、
前記光触媒粒子は、キャリア輸送材料を含むキャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備え、
前記負極は、複数の第1の金属酸化物の粒子同士が接した第1の金属酸化物の粒子の集合体であり、
前記キャリア輸送材料は、前記複数の第1の金属酸化物の粒子の集合体の細孔内部へ浸透していることを特徴とする光触媒分散系。 - キャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備えた光触媒と、
前記光触媒が分散された液体または気体である分散媒と、を備える光触媒分散系であって、
前記光触媒の平均粒径よりも小さい第2光触媒粒子を含む、光触媒分散系。 - 請求項8に記載された光触媒分散系であって、
前記第2光触媒粒子は、前記光触媒粒子の吸収ピークと異なる吸収ピークをもつことを特徴とする光触媒分散系。 - 請求項8又は9に記載された光触媒分散系であって、
第2光触媒粒子は酸化タングステン、酸化チタン、酸化鉄およびバナジウム酸ビスマスの何れかを含む、光触媒分散系。 - 複数の光触媒粒子が互いにランダムな方向に固着してクラスターを形成しており、
前記光触媒粒子は、キャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備え、
前記キャリア輸送層は、ヨウ化銅、酸化ニッケル、PEDOT、PEDOT‐PSS、Spiro‐OMeTADの何れかを含むホール輸送材料を有することを特徴とする光触媒クラスター。 - 複数の光触媒粒子が互いにランダムな方向に固着してクラスターを形成しており、
前記光触媒粒子は、キャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備え、
前記キャリア輸送層は、フラーレン、フラーレン誘導体、シロール系化合物、トリアジン系化合物の何れかを含む電子輸送材料を有することを特徴とする光触媒クラスター。 - 複数の光触媒粒子が液体または気体である分散媒に分散されており、
前記光触媒粒子は、キャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備え、
前記キャリア輸送層は、ヨウ化銅、酸化ニッケル、PEDOT、PEDOT‐PSS、Spiro‐OMeTADの何れかを含むホール輸送材料を有することを特徴とする光触媒分散系。 - 複数の光触媒粒子が液体または気体である分散媒に分散されており、
前記光触媒粒子は、キャリア輸送層と、当該キャリア輸送層の表面の一部に設けられた第1の金属酸化物を含む負極と、当該キャリア輸送層の表面の他の一部に設けられた第2の金属酸化物を含む正極とを備え、
前記キャリア輸送層は、フラーレン、フラーレン誘導体、シロール系化合物、トリアジン系化合物の何れかを含む電子輸送材料を有することを特徴とする光触媒分散系。
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