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知恵袋☛可視光応答形光触媒💛

可視光応答形光触媒による

新型コロナウイルス不活化を確認

東京工業大学(物質理工学院 材料系 宮内雅浩教授)、奈良県立医科大学(微生物感染症学講座 中野竜一准教授)、神奈川県立産業技術総合研究所(研究開発部 抗菌・抗ウイルス研究グループ)の研究グループは世界で初めて可視光応答形光触媒材料(CuxO/TiO2)による新型コロナウイルスの不活化を確認しました。その不活化条件を実験的に明示することにより、光触媒による抗ウイルス効果を学問的に示しました。

 

自然にある光触媒

触媒とは?

触媒(しょくばい)とは、他の物質の仲立ちになり、特定の化学反応の反応速度を速める物質で、自身は反応の前後で変化しないものをいいます。化学反応では、物質(反応物)が原子の組み替えをおこなって元の物質とは異なる物質(生成物)になります。このとき、反応が進むためには活性化エネルギーと呼ばれるエネルギーが必要です。これは自動車が燃料のガソリンがなければ、山を越えられないのと同じです。この活性化エネルギーがなければ、山を越えて生成物の方に行くことができません。

触媒を使うと、この活性化エネルギーを小さくして、少ないエネルギーで反応を進めることができます。山を低くして反応を進めやすくしてくれるわけです。

触媒を使うことで通常より少ないエネルギーで反応起こすことが出来、また、触媒自体は変化しないため半永久的に使うことが出来ます。

触媒は現代の化学工業や有機化学にとって欠く事の出来ないものです。また生物にとっては酵素も触媒であり、自然界では光合成をする葉緑素も触媒です。一見、触媒と聞くと目に触れることがなく遠い存在のように感じますが、このように自身の体内にも自然界にもまた、身の回りの至るところで触媒は使われており実はとても馴染みの深いものなのです。

触媒は現代化学にとってなくてはならない存在であり、また身の回りにも普通に存在しています。

光触媒(ひかりしょくばい)とは?

光触媒とは光のエネルギーによって働く触媒です

光触媒反応の例として、植物の葉に含まれる葉緑素による光合成があります。葉緑素という触媒に光が当たると化学反応が起こり、二酸化炭素と水から、酸素とデンプンを生成します。葉緑素自体は、反応の前後で変化していません。光触媒は光を吸収してエネルギーの高い状態(励起状態)となり、そのエネルギーを反応物質に与えて化学反応を起こします。つまり通常エネルギーとして使う電気や熱などの代わりに光のエネルギーを使う太陽光発電のようなものです。

光触媒を使うと、数万度の高温でしか起こりにくい反応を常温で起こすことが出来ます。

化石燃料を使わない光触媒

従来の消臭・抗菌などは薬剤 ( 塩素や次亜塩素酸等 )を使うか、特別な機械によりオゾンやOHラジカルを発生するものでした。この方法では薬剤は常に消費していくし、機械では常に電力が必要です。

しかし、室内用光触媒ライブコートのエネルギー源は光です。この光とは自然に降り注ぐ太陽の光はもちろん、普段使用している室内の灯(白色電球やLEDなど)でも十分に働き、空気中の水や酸素からOHラジカルなどを発生し、室内の臭・菌・ウイルス・有害物質などを分解除去します。
化石燃料を使わず、有害物質を減らすため家庭にも地球にも優しい環境商材です。

室内用光触媒ライブコートは化石燃料を使わず光のエネルギーと空気中の酸素と水を原料に臭や有害物質や菌・ウイルスを分解除去します。

光触媒の歴史は?

 

 

光触媒の正体は?

様々な金属が光触媒作用を起こすのですが、その中で群を抜いて高い効果を発揮する金属が酸化チタンです。

酸化チタンとは

天然のチタン鉄鉱を精製したもので、化粧品や食品添加物にも使用される安全な物質です。

2大特徴①有機物分解

光触媒の酸化チタンに光が当たると電子 (e – ) 動きが活発になり半導体になります。
半導体になった酸化チタン表面で空気中の水 ( 水酸化物イオン ) から電子を奪いOHラジカルを生成し、また酸素に電子を与えスーパーオキサイドアニオンを生成します。
生成したこれらは強力な酸化力を持っていて空気中の有機物(ニオイ・細菌・ウイルス・VOCなど)のC-OやC-Hなど結合を切断してしまい、最終的には二酸化炭素や水などの無害な物質に変化させてしまします。
また酸化チタン表面に光が当たっている間は、常に有機物を分解しているので、汚れや悪臭の元を除去することが可能となっています。

有機物分解メカニズムは酸化チタンに光が当たると、空気中の酸素や水から強力な活性酸素を生成し、その活性酸素が有機物を分解し無害な水と二酸化炭素などに変換します。

 

2大特徴②超親水性のメカニズム

酸化チタンのもうひとつの特徴として超親水性があります。超親水性とは超撥水の逆で撥水のように水滴がコロコロ転がるのではなく、水滴にならずに水の膜になることです。この特徴を生かし、セルフクリーニング効果が期待できます。

セルフクリーニング
外壁に付着した汚れなどは、なかなか取れません。
こびりつく汚れというのは空気中のチリに空気中の油成分が付着し、それがノリの役目をしてしまい、蓄積して、目に見える汚れとなってしまう仕組みです。
光触媒をコーティングした外壁の場合、このノリの役目をする油成分を分解作用で分解したうえで、超親水性作用によって、汚れと外壁の間に水が入り込み汚れを浮き上がらせ、雨と一緒に洗い流すことで、外壁の汚れを防止する事が出来ます。
セルフクリーニングの場合、この両方の効果により、防汚が可能となります。
ちなみにこの超親水性作用は酸化チタンの特徴であり、酸化タングステンなど他の光触媒材料では作用しません。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

酸化チタン驚異のパワー

酸化チタンにバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を当てると、電子と正孔が生成します。
これが水や酸素などと反応し、OHラジカルやスーパーオキサイドアニオン(O 2 – )などの活性酸素を生成します

有機物はC原子+その他原子が結合したものの総称ですが、原子それぞれの結合の強さは結合エネルギー(kcal/mol)であらわされ、数字が大きいほど結合は切れにくく、分解されにくくなります。
この結合エネルギーは構成する分子の種類や結合の仕方で変わり、下表のような結合エネルギーでそれぞれ結ばれています。
(C-C)(C-N)(C-H)(O-H)(N-H)と言ったような結びつきは100kcal/mol前後のものが多く、そ れに対してOHラジカルは120kcal/mol相当の非常に大きなエネルギーを持っているため、こ れらの結合を簡単に切断し、分解することができます。
光触媒作用を利用することにより、有機化合物を完全に分解し、炭酸ガス(CO 2 など)や水(H 2O)などの無毒な物質に変えることができます。
そして、OHラジカルは酸化チタンに光と水・酸素が供給されると発生し続け、光触媒反応を続けることができます。

 

OHラジカルは持つエネルギーは非常に強く有機物の結合を切断し分解することができ、CO 2 やH 2 Oなどの無害な物質に変えることができます。

最強の活性酸素OHラジカル
          最新型光触媒が創る OH ラジカルの酸化力

上記の表はOHラジカルとその他殺菌や除菌に良く用いられるものの酸化力を表に示したものです。また、相対ポテンシャルとは塩素を1とした時、その他の物質の相対的な酸化力を表したものです。
この表から OH ラジカルの酸化力は塩素の 2.05 倍で強力な酸化力で知られているオゾンなどよりはるかに高く、またオゾンと比べても 1.35 倍も高いと言えます。

OHラジカルはの酸化力は塩素の2.05倍、オゾンの1.35倍

○既存の殺菌・抗菌に用いられる物のほとんどは有害なものです。しかし抗菌性をしめす酸化チタンは化粧品や歯磨き粉にも使われ、食品添加物としても広く使用されている安全なものです。また、OHラジカルに関しても寿命が非常に短く、体内に入ることはなく安全です。
○酸化チタンは光触媒として働くだけで、自身は変化しないため、原理的には半永久的に使用でき、光と空気さえあれば効果は半永久的に続くことになります。
○OHラジカルは、様々な有機物を分解し、無毒な物質に変えることができます。
そのため、抗菌・抗カビのみならず、菌やカビの餌となる有機物の分解、菌やカビの出す毒素の分解を行うことができます。
さらには水中に溶け込んでいる種々の有害化学物質や悪臭物質のような空気中の化学物質の分解・無害化など、様々な分野の環境浄化を行うことができます。

酸化チタン光触媒これまでにない抗菌剤として注目されて、応用が進められています。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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