光触媒は、光が当たることで活性酸素を発生させます。
この活性酸素によって、細菌類や匂い成分を酸化分解して、抗菌や消臭といった効果を発揮します。
光触媒によって発生する活性酸素の種類
光触媒の作用によって発生する活性酸素は、次の種類があります。
- OHラジカル
- 過酸化水素
- スーパーオキシド
これらの中でもっとも酸化力のある活性酸素が、OHラジカルです。抗菌や消臭は、OHラジカルによって行われると言っても過言ではありません。
OHラジカル発生のメカニズム
OHラジカルが発生するメカニズムは、次の図をご覧ください。
光触媒に光が当たると、光触媒の表面に、電子が飛び出してきます。飛び出した電子の後には、正孔（ホール）と言われるプラスの電荷を持った孔ができます。
電子はマイナスの電荷を持っています。その電子が、空気中の酸素とくっついて、マイナスの電荷を帯びます。
その酸素のことを、スーパーオキシドと言います。これも活性酸素の一種です。
ウーパーオキシドは、空気中の酸素と反応して、過酸化水素になります。水分子に、酸素が1個くっついたおのが過酸化水素です。これも、活性酸素の一種です。
過酸化水素は、空気中ではとても不安定なので、2つに分裂します。それによって、OHラジカルが発生します。
また、空気中の水から正孔が電子を1個奪っても、OHラジカルが発生します。
これが光触媒によってOHラジカルといった活性酸素が発生するメカニズムです。
活性酸素による効果
活性酸素は、それに触れるものを酸化分解する性質があります。
匂い成分に触れたら、匂い成分を水や二酸化炭素に分解します。水や二酸化炭素は、匂いを感じることはありませんから、匂いの根本的な消臭ができます。
また、活性酸素は細菌類の活動を抑制したり、死滅させたりする性質があります。それによって、除菌ができるわけですが、光触媒は除菌をしても光触媒の成分そのものは変質しませんから、光が当たりさえしたら、除菌をし続けてくれるわけです。その効果のことを、抗菌といいます。
抗菌ができるということは、細菌類を由来としる匂い成分が発生しにくくなりますから、抗菌消臭（抗菌防臭）ができるわけです。
匂い成分を分解消臭し、細菌類の繁殖を抑えて抗菌消臭もできます。
このような効果を持つ光触媒を、部屋中にコーティング施工をしたら、部屋中を抗菌や消臭をしてくれるわけです。
部屋の中でも効果のある光触媒の種類
光触媒と言っても、いろいろな種類があります。実用化されている主な光触媒の種類は、
- 酸化チタン
- 銅ドープ酸化チタン
- 窒素ドープ酸化チタン
- 鉄ドープ酸化チタン
- 酸化タングステン
- タングステン担持酸化チタン
このように、たくさんの種類があり、ラボで研究中のものや、特殊な環境で使用するものも含めるともっと多くの光触媒が開発されていると思います。これらの中で、もっとも利用されている光触媒は酸化チタンですが、酸化チタンは室内では効果がありません。
酸化チタンが室内で効果が無い理由
酸化チタンが活性酸素を発生させる条件は、紫外線が当たったときです。光には紫外線、可視光、赤外線の3種類ありますが、紫外線が当たったときのみ、酸化チタンが効果を発揮します。
ところが、室内に使用されている光源からは、紫外線がほとんど出ていませんから、酸化チタンを使用しても抗菌や消臭などの効果はありません。
室内で高い効果があるのは銅ドープ酸化チタン
室内でもっとも効果の高い光触媒は、銅ドープ酸化チタンです。銅ドープ酸化チタンは、他の光触媒と比べて、10～20倍ほどの効果があります。
銅ドープ酸化チタンがこれほど効果が高い理由は、酸化チタンに結合された酸化銅が、電子を効率的に発生させるのに寄与しているためであることと、ナノサイズの酸化銅自体が触媒効果があることに起因するようです。
室内の抗菌・消臭なら、銅ドープ酸化チタンを使った施工をおすすめします。銅ドープ酸化チタンを使った施工方法については、「銅ドープ酸化チタンコーティング施工の流れ」をご参照ください。
光触媒の種類と活性酸素が発生する光の関係
酸化チタンは紫外線、銅ドープ酸化チタンは可視光が当たることで、活性酸素を発生させます。その違いは、「どのような色の光を吸収できるか？」によります。
厳密に言えば、光の波長です。
波長の短い光はエネルギーが強く、可視光よりも波長の短い紫外線は、エネルギーが強いので、酸化チタンをはじめとする光触媒であれば、どのような種類でも活性酸素を発生させます。
ところが、エネルギーの弱い可視光には、酸化チタンは反応しません。
その理由は、酸化チタンのバンドギャップと言われる障壁によります。
酸化チタンは、バンドギャップが高いので、紫外線でないと活性酸素が出ません。それに対して銅ドープ酸化チタンは、酸化チタンよりもバンドギャップが低いため、可視光でも活性酸素を発生させることができます。
銅ドープ酸化チタンを使った光触媒コーティング施工なら、イリスまでご相談ください。
この記事の著者／責任者
株式会社イリス 代表取締役 島田 幸一 (Shimada Koichi)
私はもともと、地元農業のソリューション提供を事業としていたが、野菜や果物の劣化を促進させるエチレンガスの分解を研究したことで、光触媒の可能性を感じ起業いたしました。
運よく可視光でも効果のある酸化チタン光触媒を世界で初めて開発して脚光を浴び、さまざまな業種のお客様から注文をいただける企業にまで成長できました。
現在弊社は、可視光応答型光触媒を使ったコーティング剤を始め、外壁やガラス、石材、自動車の車内にクリア塗装ができる光触媒コーティング剤や、酸化チタンから下地を守るプライマーの開発。
その後も、さまざまな材質に光触媒を定着するための研究を続け、多くの企業で採用されています。
