- なぜ光触媒で抗菌や消臭ができるのでしょうか？
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光触媒に光が当たると、そこに電子が飛び出します。その電子が空気中の酸素や水を化学変化させて、OHラジカルと言われる活性酸素を生成します。
OHラジカルが細菌やニオイに触れると、それらを酸化分解します。その性質によって、抗菌や消臭ができます。
光触媒とは？
光触媒（ひかりしょくばい）とは、光が当たると、抗菌や防カビ、消臭、防臭といった効果を発揮し続ける性質のある成分の総称です。
光触媒が利用される目的としては、次のようなものがあります。
- 抗菌
- 防カビ
- 抗ウイルス
- 消臭
- 防臭
- 揮発性有機化合物のガス分解
- アレルゲンの分解
- 防汚
光が当たり続けるだけで、抗菌や防カビ、消臭などをやり続けてくれることは魅力的です。
光触媒が効果を発揮するメカニズム
次の図をご覧ください。少し詳しく解説いたします。
光触媒に光が当たると、表面にマイナスの電荷を持った電子（e–）が飛び出します。また、電子が飛び出した場所には、プラスの電荷を持った正孔（h+）ができます。
飛び出した電子は、エネルギーを持っているので空気中の酸素（O2）とくっつきます。電子と酸素がくっつくと、酸素をマイナスイオン化します。その名称を、スーパーオキシド（O2–）といいます。
スーパーオキシドは酸化力を持ち、水を酸化させて、過酸化水素（H2O2）になります。
空気中の過酸化水素は、すぐさま2つに分裂し、OHラジカル（・OH）になります。また、正孔が水から電子を奪って水素が離れてOHラジカルが生まれます。
これらの中で、次の3種類が活性酸素と言われるものです。
- スーパーオキシド
- 過酸化水素
- OHラジカル
これらは、触れるものから酸化する性質があります。特に、OHラジカルが強い酸化力を持ちます。
OHラジカルに細菌類やウイルスが触れると、それらの表面の粘膜や突起、細胞壁などを酸化分解します。すると、細菌やウイルスの活動が抑制されたり、死滅したりします。
また、OHラジカルがニオイの成分、例えばアンモニアやトリメチルアミン、イソ吉草酸、2-ノネナール、酢酸などに触れると、それらを酸化分解し、最終的に水や二酸化炭素といった無臭な成分、もしくはニオイの弱い成分に分解してくれます。
光触媒は、光が当たり続ける限り電子が飛び出すため、このような効果が持続します。それゆえに、光触媒と言われています。
光触媒から電子が飛び出すメカニズム
光触媒から電子が飛び出したら、酸素や水を化学変化させてOHラジカルなどの活性酸素を生み出します。
その電子が飛び出すメカニズムは、次の図をご覧ください。
光触媒の成分は、主に酸化チタンが用いられています。
酸化チタンは、半導体の一種です。半導体とは、導体と違って電気は通しませんが、絶縁体のように完全に電気を遮断するものでもありません。その中間の性質を持つものを、半導体といいます。
半導体は、何かの刺激を与えると電子が飛び出します。電子が飛び出したら、その流れが電流になるわけです。それを集積回路にしたものが、コンピュータに利用されています。
さて、酸化チタンはその刺激として、光を当てることで電子が飛び出す性質を持ちます。ただし、酸化チタンから電子が飛び出すためには、それなりの光エネルギーの強い光が当たらないと電子が飛び出しません。
酸化チタンの場合は、紫外線が当たらないと電子が飛び出しません。電子が飛び出す障壁のことをバンドギャップといいます。そのバンドギャップを超えるくらいのエネルギーを持つ光が、紫外線であるということです。
バンドギャップの障壁の高さは、半導体の種類によって異なります。
つまり、「光触媒にはいろいろな種類があり、酸化チタンは紫外線が当たると抗菌や消臭の効果を発揮する」というものです。
光の種類と効果を発揮する光触媒の関係
光と言っても、次の3種類あり、エネルギーが異なります。
- 紫外線
- 可視光（かしこう）
- 赤外線
光エネルギーの強さで並べると、次の順番になります。
紫外線 ＞ 可視光 ＞ 赤外線
酸化チタンは、バンドギャップの障壁の高さから、たまたま紫外線が当たることで、効果を発揮することがわかりました。
ここで質問です。
抗菌や消臭などの効果を求める場所はどこでしょうか？
もちろん室内です。
では、室内には、どのような光があるでしょうか？
もちろん、LED照明や蛍光灯、白熱球です。
最後の質問です。それらの照明器具から、紫外線は出ているでしょうか？
答えは、紫外線はほんの少しだけで、ほとんど出ていません。
何が言いたいのかといいますと、室内には紫外線がほとんど無いので、「酸化チタンを使っても室内ではほとんど効果がない」ということです。
室内で効果のある光触媒の種類は、LED照明や蛍光灯、白熱球の光、つまり可視光で効果のあるものです。
そのような光触媒のことを、可視光応答型光触媒といいます。
覚えておいていただきたいことは、「室内の抗菌や消臭をしたい場合は、可視光応答型光触媒を使った施工を行うこと」です。
このことは、施工業者さんでも知らない場合もあるので、消費者様の皆様が賢くなっていただく必要があります。本当に、「酸化チタンで抗菌ができる」と信じて施工を続けている業者さんもあるのです。
可視光応答型光触媒の種類
可視光応答型光触媒の中で、抗菌・消臭コーティング剤として実用化されている種類は、
- 銅ドープ酸化チタン
- 窒素ドープ酸化チタン
- 酸化タングステン
おおよそこの4種類です。これらはすべて可視光応答型光触媒ですが、効果の高さが異なります。効果の高さは、夜のリビング程度の明るさで比較すると、銅ドープ酸化チタンに軍配が上がります。
ちなみに、鉄ドープ酸化チタンというものもありますが、メーカーの本音トークをすると、「なぜこのようなものが実用化されたのだろうか？」と思うくらい、効果がありません。
なぜ銅ドープ酸化チタンは効果が高いのか？
銅ドープ酸化チタンとは、酸化チタン結晶の表面に酸化銅を結合させた、ナノサイズの微粒子です。
酸化チタン単体では、紫外線が当たらないと効果がありませんが、酸化チタンの表面に結合させた酸化銅が、効率よく電子を運ぶようで、可視光でも効果を発揮するようになります。
また、ナノサイズの酸化銅が、それ単体で触媒効果を持っているようで、酸化チタンの性質を補いつつ、効果も増加させているようなのです。
それ故に、光触媒の中で唯一、銅ドープ酸化チタンだけが光の当たらない暗所でも、抗菌や消臭ができます。
光が当たる方が効果が高いのですが、暗所でも抗菌や消臭などといった効果があることは魅力的な性質です。
イリス光触媒コーティング施工部では、このような性質を持つ銅ドープ酸化チタンを使った、抗菌・消臭コーティング施工を行っています。
なぜ光触媒で抗菌や消臭ができるのか？まとめ
- 光触媒に光が当たると、電子が飛び出し、それが空気中の酸素や水を反応させてOHラジカルを生み出す
- OHラジカルは強い酸化力を持つ活性酸素なので、細菌や匂いなどを酸化分解する
- 光が当たり続ける限り、光触媒は効果を発揮し続ける
- 酸化チタンは、紫外線が当たったときのみ、効果を発揮する
- 室内を抗菌や消臭をしたい場合は、可視光応答型光触媒の中でももっとも効果の高い銅ドープ酸化チタンを使用することがおすすめ
銅ドープ酸化チタンを使った、抗菌・消臭コーティング施工なら、イリスまでお気軽にご相談ください。
