JPH11253819A

JPH11253819A - 光触媒性粒子

Info

Publication number: JPH11253819A
Application number: JP10082770A
Authority: JP
Inventors: Junji Saida; 淳治才田; Setsuko Koura; 節子小浦; Hiroyuki Kawanobe; 啓之川野辺; Shingo Yonezawa; 信吾米澤; Hiroshige Nakamura; 浩茂中村
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒特性に優れ、特に可視光領域での光触
媒特性に優れた光触媒性粒子を提供する。【解決手段】酸化チタン粒子２と、酸化チタン粒子２
の表面２ａの一部が露出するように酸化チタン粒子２の
表面を被覆する有機高分子半導体３を備え、酸化チタン
粒子２の粒径が１μｍ以下である光触媒性粒子。有機高
分子半導体を被覆するので有機高分子半導体に可視光域
またはそれよりも短い波長の光が照射されると、励起さ
れて電子と正孔を生じる。また、酸化チタンの表面の一
部が露出するように有機高分子半導体を被覆するので、
被覆された部分では有機高分子半導体と酸化チタンとの
間で電子や正孔の移動が可能な状態になっている。さら
に、基材である酸化チタンが１μｍ以下の微粒子である
ので、量子サイズ効果を生み出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒作用を有す
る光触媒性粒子に関し、特に、厨房機器等に付着した油
分の分解、外装材等の汚れの分解、脱臭、二酸化炭素の
固定等に使用して好適な光触媒性粒子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、油の分解等には、γ-酸化マンガ
ンを触媒として用い、油をこれと一緒に加熱し油の完全
燃焼を促進する方法（熱触媒）や、酸化チタンを鋼板や
フィルター等の担持体に塗布し、これに紫外線を照射す
ることによって油分を分解する光触媒による方法が用い
られてきた。特に、光触媒は熱触媒のように分解に際し
て対象物を高温に保持する必要がないため、近年急速に
需要が高まっている。また、酸化チタンにＣｒ等の遷移
金属をイオン注入したものが可視光域で光触媒作用を有
することも知られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような酸化チタンに代表される無機系光触媒は、紫外線
でなければ触媒作用が起きないために、使用にあたって
は、紫外線ランプが必要になり、また人体への光遮断も
考慮しなければならなかった。また、イオン注入を利用
した光触媒は製造コストが高く、実用上広範囲に使用す
ることは困難であった。

【０００４】そこで本発明は、光触媒特性に優れ、特に
可視光領域での光触媒特性に優れた光触媒性粒子を提供
することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による光触媒性粒子１は、図１
に示すように、酸化チタン粒子２と；酸化チタン粒子２
の表面２ａの一部が露出するように酸化チタン粒子２の
表面を被覆する有機高分子半導体３を備え；酸化チタン
粒子２の粒径が１μｍ以下であることを特徴とする。

【０００６】このように構成すると、有機高分子半導体
を被覆するので有機高分子半導体に可視光域またはそれ
よりも短い波長の光が照射されると、励起されて電子と
正孔を生じる。また、酸化チタンの表面の一部が露出す
るように有機高分子半導体を被覆するので、被覆された
部分では有機高分子半導体と酸化チタンとの間で電子や
正孔の移動が可能な状態になっている。さらに、基材で
ある酸化チタンが１μｍ以下の微粒子であるので、量子
サイズ効果を生み出すことができる。

【０００７】また、請求項２に記載のように、請求項１
に記載の光触媒性粒子１では、有機高分子半導体３は、
酸化チタン粒子２の表面に島状に被覆されているのが好
ましい。

【０００８】このように構成すると、基材である酸化チ
タンの粒径が１μｍ以下で、それに島状に有機高分子半
導体が被覆されているので、有機高分子半導体の量子サ
イズ効果によって、これらの電子や正孔は格子との熱緩
和を受けずに反応性の高いものとなる。ここで放出され
た電子および正孔の一部は基材である酸化チタンに供給
され、酸化チタンの表面で可視光中にわずかに含まれる
紫外線で励起されて生成する電子および正孔と相乗し、
酸化チタンの光触媒活性を促進する。

【０００９】さらに、請求項３に記載のように、請求項
１または請求項２に記載の光触媒性粒子１では、有機高
分子半導体３は、ポリパラフェニレン化合物、ポリチオ
フェン化合物、ポリアニリン化合物およびフタロシアニ
ン化合物から選択される少なくとも１種の化合物とする
のが好ましい。

【００１０】特に、フタロシアニン化合物は有機顔料と
しても用いることができる化合物であり、入手しやす
い。

【００１１】また、請求項４に記載のように、請求項１
乃至請求項３のいずれかに記載の光触媒性粒子１では、
被覆された有機高分子半導体３の、光触媒性粒子１に対
する重量比が、１０〜４０％であることが好ましい。

【００１２】このときは、有機高分子半導体の被覆率が
１０〜４０重量％の範囲にあるので、有機高分子半導体
の島状被覆を達成し、かつ酸化チタンに十分な電子、正
孔の供給が行われる。

【００１３】さらに、請求項５に記載のように、請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載の光触媒性粒子では、
有機高分子半導体３を物理蒸着法で被覆してもよい。

【００１４】この場合は、有機高分子半導体を物理蒸着
法で被覆するので、有機物が粒子上に島状にしっかりと
被覆され、また電気的に強固に接合される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明による光
触媒性粒子を１個だけ取り出して示した拡大模式図であ
る。図中、ほぼ球形をした基材である酸化チタン２の表
面２ａに、その一部が露出するように有機高分子半導体
３を被覆している。

【００１６】ここで、酸化チタンのような無機物質のみ
でなく有機物も光触媒作用を有しており、これらは高分
子鎖が共役二重結合を形成して、比較的禁止帯幅が広い
ことを特徴としている。このようなものの内、代表的な
ものがポリパラフェニリン化合物（誘導体）である。こ
のような有機光触媒は無機光触媒と異なり、可視光領域
に近い比較的長波長の光で触媒作用を発揮する。しかし
ながら、そのような光触媒効果は油や汚れを分解できる
ほど強いものではない。本発明は、このような有機物
を、強い光触媒効果を有するものの紫外線を必要とする
酸化チタンと組み合わせることによる、相乗効果を利用
するものである。

【００１７】図１において、基材の酸化チタン粒子２の
大きさは１μｍ以下である。これは、表面２ａに被覆す
る有機高分子半導体３が励起した際の電子や正孔の反応
性を高めるために必要であって、望ましくは０．５μｍ
以下とする。基材の酸化チタン粒子２の大きさが１μｍ
を超えると、表面被覆された有機高分子半導体３が励起
して生成する電子や正孔が、格子振動によって消失し、
光触媒活性を発現しにくくなる。

【００１８】ここで、この有機高分子半導体３は、基材
酸化チタン粒子２に島状に被覆されている。完全に被覆
されていると、酸化チタンの光触媒活性が発現しないか
らである。

【００１９】また、上記の電子や正孔の供給を受けるた
めには、酸化チタン２と有機高分子半導体３は電気的に
接合していなければならない。したがって、いわゆる両
者の混合体であって電気的接合が望めない場合には、本
発明のような効果は発現しない。

【００２０】このような島状被覆を達成し、かつ酸化チ
タン２に十分な電子、正孔の供給を行うためには、有機
高分子半導体３の被覆量を光触媒性粒子１の重量に対し
て１０〜４０重量％の範囲にすればよい。

【００２１】また、電気的な接合を強固にするために
は、被覆の際の不純物の混入をできるだけ少なくするの
が好ましい。この点から、被覆方法としては真空中また
は減圧中で処理する真空蒸着やスパッタリング等の物理
蒸着が好ましい。

【００２２】ここで島状被覆とは、酸化チタン粒子２に
対し、有機高分子半導体３が１つ以上の不連続な膜で被
覆されている状態を意味し、その被覆率（酸化チタン粒
子２に有機高分子半導体３が被覆されている部分の面積
／酸化チタン粒子２の表面積）は、望ましくは２０〜５
０％の範囲である。

【００２３】また上記の不連続膜の観点から、有機高分
子半導体３は酸化チタン粒子２の表面２ａの一部が露出
するように被覆していればよく、被覆形状は島状の他、
線状、筋状、点状などの種々の形態をとることができ
る。さらに、不連続膜の数は１つ以上であればよいが、
実用上は光の照射方向が等方的でないことも考慮する
と、図１に示すように、酸化チタン粒子２の周囲が２つ
以上の複数の不連続膜で覆われていることが望ましい
（図１にはほぼ球形をした酸化チタン粒子２の大円上に
５つの島が形成されている場合が示されている）。

【００２４】ここで被覆する有機高分子半導体３は、高
分子鎖が共役二重結合を形成していることが特徴で、具
体的にはポリパラフェニリン（ＰＰＰ）、ポリチオフェ
ン（ＰＴ）、ポリピリジン−２，５−ジイル（ＰＰ
ｙ）、ポリアニリン、ポリチアジル、フタロシアニン化
合物等が挙げられる。この内、フタロシアニン化合物は
一般に入手しやすく、また蒸着等による被覆も容易であ
り、好適である。またフタロシアニン化合物は、銅やニ
ッケルといった金属イオンと結合することによって着色
し、一般には有機顔料として用いられている。その代表
的なものには銅が結合したフタロシアニンブルーがあ
る。

【００２５】一方、被覆される酸化チタン２は、光触媒
活性の点からアナターゼ型のものが好ましく、その形状
は一般にはほぼ球形とするが、特に球形に限定されるも
のではない。また著しく凝集している場合には解砕して
から用いる。

【００２６】以上のように、島状に有機高分子半導体３
を被覆した酸化チタン粒子２は、従来の紫外線波長域で
の油等の有機物分解の効果が上がるのみならず、可視光
域の長波長光においても油や汚れを分解することがで
き、鋼板や樹脂に被覆することにより工業的用途は極め
て大きい。

【００２７】また、本発明の別の実施の形態では、有機
高分子半導体を物理蒸着法で酸化チタン粒子の表面に被
覆する。物理蒸着法は、例えば真空中または減圧中で処
理する真空蒸着やスパッタリング等である。物理蒸着法
により被覆すると、有機物が島状に効率良く被覆でき
る。また電気的な接合が強固になり、また被覆の際の不
純物の混入が少なくなる。

【００２８】本発明で用いることのできる物理蒸着法と
しては、発明者等の出願（特開平９−５９５３２）に開
示されているものがある。この物理蒸着法では、粉体流
動化装置および抵抗加熱装置を真空容器内に備えた蒸着
装置を用いる。抵抗加熱装置の電圧および電流は、蒸発
させる有機高分子半導体の昇華温度およびその量に応じ
て決定される。その温度は通常は２００〜７００℃、好
ましくは３００〜５００℃である。蒸着は通常１０^-2Ｔ
ｏｒｒ以下まで真空引きしてから行う。

【００２９】抵抗加熱装置の抵抗体としては、タングス
テン、モリブデン、鉄、ステンレス、カーボン等からな
る抵抗体が好ましい。抵抗体の形状は、プレート状ある
いはブロック状であってもよいが、網状の抵抗体を用い
て、その中に有機高分子半導体を包んで加熱する方法が
最も好ましい。網の目開きは２５〜２００μｍ程度が好
ましい。

【００３０】なお物理状着以外の方法、例えば有機物を
あらかじめ溶媒中に分散させておき、これに酸化チタン
粒子を加えて攪拌し、濾過した後に溶媒を蒸発させる方
法、密閉減圧容器中に有機物と酸化チタン粒子を入れ
て、混合しながら加温することによって有機物を溶融さ
せ、酸化チタンに被覆する方法、あるいは有機物を溶融
させて蒸着される方法等を採用してもよい。

【００３１】

【実施例】実施例１平均粒径０．５μｍの酸化チタン粉末に種々の有機高分
子半導体を被覆した。この粉末１ｇに対し、サラダ油を
０．１ｇ加えて混合し、これを直径７ｃｍのガラス製シ
ャーレに入れ、これを照射対象物として密閉ボックスに
静置した。そして４００Ｗの高圧水銀灯によりシャーレ
から２５０ｍｍ離れた位置から７時間にわたって光を照
射した。

【００３２】なお、この照射時の照射対象物の温度上昇
は約１２０℃であった。この条件下で照射後の重量減少
によって油分解に関わる光触媒特性を評価した。その結
果を図２、図３の表に示す。なお、比較材として同じ粒
径の酸化チタンのみを同様の方法で評価した結果も併せ
て示す。

【００３３】これらの結果から本実施例の光触媒性粒子
は、紫外線照射下では酸化チタンのみに比べて油分解特
性に優れていることがわかる。また本実施例からフタロ
シアニン化合物が特に優れていることもわかる。さらに
被覆方法も物理蒸着法が特に優れていることがわかる。

【００３４】実施例２実施例１と同じ粉末に、赤外線から可視光の範囲にある
波長をもつ光を照射することのできる２００Ｗの白熱電
球を用いて、実施例１と同じ評価を行なった。その結果
を図４、図５の表に示す。

【００３５】これらの結果から本実施例の光触媒性粒子
は、赤外線から可視光領域の光においても酸化チタンの
みの材料よりも油分解特性に優れていることがわかる。
また、特に蒸着法で形成したフタロシアニン化合物が特
に優れていることもわかる。

【００３６】実施例３種々の平均粒径を有する酸化チタン粒子に蒸着法によっ
てフタロシアニン化合物の一種であるフタロシアニンブ
ルーを３０重量％被覆した。この時、実施例１と同じ評
価方法で油分解特性を調べた。その結果を図６に示す。

【００３７】図６では、酸化チタン粒子の粒径が１．１
μｍで油分解量が約６ｍｇに対して、酸化チタン粒子の
粒径が１μｍでは油分解量が約３５ｍｇであり、そこか
ら粒径が小さくなるにつれて油分解量は徐々に上昇し、
０．５ｍｇで約７５ｍｇ、０．２２μｍで約８５ｍｇに
達している。それ以下の粒径では油分解量は０．２２μ
ｍのときと変わず高く維持されている。

【００３８】これらの結果から、図６にＡとして示すよ
うな、酸化チタンの粒径が１μｍ以下の領域で油分解特
性が優れていることがわかる。また特に０．５μｍ以下
の粒径で特性が特に優れていることもわかる。

【００３９】実施例４平均粒径０．３μｍの酸化チタン粒子に蒸着法で、種々
の重量％のフタロシアニンブルーを被覆した。この時、
被覆量の違いによる油分解特性を実施例１と同じ方法で
評価した。その結果を図７に示す。

【００４０】図７では、被覆量が４％では油分解量は１
５ｍｇであるが、そこから被覆量が多く（被覆量比が大
きく）なるにつれて油分解量は徐々に上昇し、被覆量が
１０％では油分解量は約４５ｍｇとなり、被覆量が約１
５％では油分解量は約６４ｍｇとなり、被覆量が２０％
で油分解量は約７４ｍｇに達している。被覆量が３０％
でも油分解量は約７４ｍｇを維持している。

【００４１】そこから被覆量比が大きくなるにつれて油
分解量は徐々に低下し、被覆量が４０％で約４４ｍｇ、
さらに被覆量が５０％では油分解量は約１５ｍｇにまで
低下している。それ以上に被覆量比が大きくなっても油
分解量はあまり変わらない。ちなみに被覆量が７０％で
は油分解量は約４．５ｍｇになっていることがわかる。

【００４２】これらの結果から、図７にＢとして示すよ
うな、被覆量が１０〜４０重量％の領域で、油分解特性
に優れていることがわかる。また被覆量が１５〜３０重
量％で特性が特に良いこともわかる。

【００４３】以上説明したように、本発明による光触媒
性粒子は、セルフクリーニング性を有した調理器具、厨
房器具をはじめ、外装および内装建材等への応用が可能
であり、工業化の寄与は極めて大きい。また、本発明に
よる光触媒性粒子は、油分解のみならず、窒素酸化物や
硫黄酸化物の分解、有機物よごれの分解、抗菌、二酸化
炭素固定といった種々の分野に使用できる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、酸化チタ
ン粒子の表面の一部が露出するように酸化チタン粒子の
表面を被覆する有機高分子半導体を備え、酸化チタン粒
子の粒径が１μｍ以下であるように構成したので、光触
媒としての酸化チタンの特性向上をもたらすことがで
き、特に可視光領域での油分解特性を著しく向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒性粒子の一例である粒子の拡大
模式図である。

【図２】実施例１の評価結果をまとめた表を示す図であ
る。

【図３】図２の表の続きを示す図である。

【図４】実施例２の評価結果をまとめた表を示す図であ
る。

【図５】図４の表の続きを示す図である。

【図６】実施例３の評価結果を示す図である。

【図７】実施例４の評価結果を示す図である。

【符号の説明】

１光触媒性粒子２酸化チタン粒子２ａ酸化チタン粒子の表面３有機高分子半導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０９Ｋ 3/32 Ｃ０９Ｋ 3/32 Ｌ (72)発明者米澤信吾千葉県市川市高谷新町７番地の１日新製鋼株式会社塗装複合材料研究部内 (72)発明者中村浩茂千葉県市川市高谷新町７番地の１日新製鋼株式会社塗装複合材料研究部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化チタン粒子と；前記酸化チタン粒子
の表面の一部が露出するように前記酸化チタン粒子の表
面を被覆する有機高分子半導体を備え；前記酸化チタン
粒子の粒径が１μｍ以下であることを特徴とする；光触
媒性粒子。
【請求項２】前記有機高分子半導体は、前記酸化チタ
ン粒子の表面に島状に被覆されていることを特徴とす
る、請求項１に記載の光触媒性粒子。
【請求項３】前記有機高分子半導体は、ポリパラフェ
ニレン化合物、ポリチオフェン化合物、ポリアニリン化
合物およびフタロシアニン化合物から選択される少なく
とも１種の化合物であることを特徴とする、請求項１ま
たは請求項２に記載の光触媒性粒子。
【請求項４】前記被覆された有機高分子半導体の、前
記光触媒性粒子に対する重量比が、１０〜４０％である
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載の光触媒性粒子。
【請求項５】前記有機高分子半導体を物理蒸着法で被
覆したことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいず
れかに記載の光触媒性粒子。