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有機金属化合物を用いた酸化物光触媒材料およびその応用品 コモンズ 実績あり

国内特許コード P130009007
整理番号 法人化前-039
掲載日 2013年4月8日
出願番号 特願2001-058917
公開番号 特開2002-253975
登録番号 特許第5002864号
出願日 平成13年3月2日(2001.3.2)
公開日 平成14年9月10日(2002.9.10)
登録日 平成24年6月1日(2012.6.1)
発明者
  • 長谷川 章
  • 赤澤 敏樹
  • 中村 友宇子
  • 工藤 武志
  • 類家 東
  • 富沢 知成
  • 佐々木 正司
  • 天間 毅
  • 千葉 昌彦
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
  • アンデス電気株式会社
  • 株式会社八戸インテリジェントプラザ
  • 地方独立行政法人青森県産業技術センター
発明の名称 有機金属化合物を用いた酸化物光触媒材料およびその応用品 コモンズ 実績あり
発明の概要 【課題】高活性な光触媒機能が得られる酸化物光触媒材料を提供する。
【解決手段】有機金属化合物のゾル溶液中に結晶核を入れ、または結晶核にゾル溶液を塗布し、固化、熱処理して酸化チタン結晶3を前記結晶核2より成長させる。結晶核2より成長させた酸化チタン結晶3の結晶形状は柱状を成し、高活性な光触媒機能が得られる。
従来技術、競合技術の概要


酸化チタンに代表される酸化物光触媒はそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を照射すると、光励起により光触媒機能を発現することが従来から知られている。その発現機構は、光励起により伝導帯に電子を生じ、価電子帯に正孔を生じることに起因し、電子の強い還元作用、正孔の強い酸化作用により、光触媒に接触してくる有機物や窒素酸化物を水や炭酸ガスなどに分解するものであり、防汚、防臭、抗菌機能等を有している。



このような酸化物光触媒の防汚、防臭、抗菌機能等を利用した環境浄化方法,装置が現在注目されている。つまり昨今の水質汚染、大気汚染等の環境汚染問題に起因するものである。このような実情において、環境浄化方法の高性能化かつ高効率化を図るためには、酸化物光触媒自体の光触媒機能の高活性化が求められている。



従来においては酸化物光触媒材料は通常粉末状で用いられており、取り扱いが非常に難しく、環境浄化装置に組み込むのは困難であった。粉末状の酸化物光触媒を固定化するために、粉末状の酸化物光触媒を有機バインダーと混合して基材上に塗布し、それを常温下または加熱して固定させることも考えられるが、この方法では有機物が酸化物光触媒表面の一部または大部分を覆ってしまうため、光触媒機能は粉末そのものに比べ、著しく不活性化するという欠点があった。さらに光触媒機能によって有機物が分解されてしまうため、被膜強度が劣化し、粉末が次第に脱落してしまうという耐久性に係るもう一つの大きな問題もあった。
光触媒機能は、光触媒体が表面に露出して初めて機能を発揮するものであり、無機バインダーで粉末状の酸化物光触媒を固定化した場合、粉末の脱落という欠点は克服されるが、酸化物光触媒の一部をバインダーが覆うため、光触媒機能に有効な表面の面積が減少し、光触媒機能が著しく低下してしまうという問題は改善されることはない。



上記した粉末状酸化物光触媒の問題点を解決するものとして、特開平8-266910号公報,特開平9-192498号公報等に開示される真空蒸着法、特開平8-309204号公報,特開平11-12720号公報等に開示されるスパッタリング法、特開平7-100378号公報,特開平10-180118号公報等に開示されるゾル-ゲル法などが提案されている。
これらの先行技術により、上記した粉末状酸化物の問題点は解決され、良好な光触媒機能が得られているが、高活性化という点からは満足のいくものではない。



また上記したように、光触媒機能は光が照射される光触媒体表面で起こるものである。このため、光触媒機能の高活性化を目的に光触媒体の表面状態を制御する技術、あるいは光触媒体表層部の結晶を制御する技術が従来から知られている。光触媒体の表面状態を制御する技術として特開平9―57912号公報、特開平10-36144号公報、特開平10―57817号公報および特開平10―231146号公報等が開示されている。これら先行技術に開示される基本構成は、ガラス基板の表面に直接あるいはアルカリ遮断用の下地膜を介して光触媒としての酸化チタン層が形成され、この酸化チタン層の表面に酸化ケイ素を形成したものである。



これら先行技術は酸化ケイ素膜を多孔質に形成したり、酸化チタン膜やガラス基板に微細加工を施すことにより表面上に凹凸を設けることで、光触媒機能を高める工夫をしている。
すなわち、表面に微細な凹凸を形成することで光触媒体が露出する表面の面積が増大し光触媒機能が向上するというものであるが、必ずしも顕著な向上は見られない。また基板の加工、膜の加工、下地層の挿入などコスト面でも問題がある。



光触媒体表層部を構成する結晶を制御する技術として特開平2000―288403号公報が開示されている。この先行技術に開示される基本構成は、酸化チタンがアナターゼ型の結晶であり、その表層部に存在する酸化チタンの結晶粒のうち、30%以上の結晶粒の形状が、楕円形又は半楕円形であることを特徴としたものである。そして楕円形又は半楕円形の酸化チタンの結晶を形成することで高活性な光触媒機能が得られるというものである。これは、結晶粒を楕円形又は半楕円形にすることで、光触媒体の露出する表面の面積が増加し、光触媒機能が向上するというものであるが、必ずしも顕著な向上は見られない。

産業上の利用分野


本発明は酸化物光触媒体において、特に高活性な光触媒機能が得られる酸化物光触媒材料とその応用品に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
タンジオールを含む混合液に有機金属化合物を滴下して調整したゾル溶液に結晶核を入れ基板上に塗布し、これを固化、熱処理して、又は基板上に形成した結晶核上に上記ゾル溶液を塗布し、これを固化、熱処理して、前記結晶核より柱状形状の酸化チタン結晶を3次元的に露出して成長させたことを特徴とする酸化物光触媒材料。

【請求項2】
上記柱状形状の酸化チタン結晶が上記結晶核の成長方位と同一方向に成長したものであることを特徴とする請求項1記載の酸化物光触媒材料。

【請求項3】
上記結晶核が粉体であることを特徴とする請求項1または2記載の酸化物光触媒材料。

【請求項4】
上記結晶核が単結晶であることを特徴とする請求項1または2項記載の酸化物光触媒材料。

【請求項5】
上記結晶核が多結晶体、セラミックス、結晶化ガラス、金属の熱酸化膜、陽極酸化膜のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項1または2記載の酸化物光触媒材料。

【請求項6】
上記結晶核として、物理的蒸着法により形成した結晶膜を用いることを特徴とする請求項1または2記載の酸化物光触媒材料。

【請求項7】
上記結晶核として、化学的蒸着法により形成した結晶膜を用いることを特徴とする請求項1または2記載の酸化物光触媒材料。

【請求項8】
請求項1~7の何れか1項記載の酸化物光触媒材料を使用して清浄機能、抗菌機能、脱臭機能、防汚機能等を発揮することを特徴とする酸化物光触媒材料応用品
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001058917thum.jpg
出願権利状態 登録


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