光触媒を化学する
| 塗装面やガラス面、コンクリート面など種類を問わず外壁を奇麗に保つ「光触媒塗装」。当サイトでは、そんな光触媒について化学のメスを入れます！ |
| 光触媒（ひかりしょくばい、英: photocatalyst）は、光を照射することにより触媒作用を示す物質の総称である。また、光触媒作用は光化学反応の一種と定義される。 通常の触媒プロセスでは困難な化学反応を常温で引き起こしたり、また化学物質の自由エネルギーを増加させる反応を起こす場合がある。天然の光触媒反応として光合成が挙げられるが、人工の化学物質を指すことが多い。英語で光触媒の作用は photocatalysis と呼ばれる。; |
酸化チタン
| 代表的な光触媒活性物質として、酸化チタン (TiO2) が知られている。現在、実用化されている光触媒はこれだけである。 |
性質
| 酸化チタン光触媒が紫外光を吸収すると大きく分けて2つの機能を発現する。 |
強い酸化還元作用
| 酸化チタンの価電子帯の電子が紫外光で伝導帯に励起されると、比較的還元力の強い電子と非常に酸化力の強い正孔が生成する。従って、酸化チタンに適切な助触媒を組み合わせれば、水を酸素と水素イオンに酸化、また同時に水を水素と水酸化物イオンに還元するほどの酸化還元能を示す。つまり、水を酸素と水素に分解できる。このため本多・藤嶋の発見以来、酸化チタンを用いて水から水素を得ようとする工学的応用が研究されている。これは太陽の光エネルギーから、水素というクリーンエネルギーを生成することを意味し、夢のエネルギー循環サイクルといわれている。しかし現状では効率が低く（後述）、大規模な製品化には至っていない。 |
| 酸化作用を利用し、有害物質の分解なども試みられている。ただし有害物質の処理に関しては、他の処理技術のほうが効率や処理できる量の面で優れている場合が多い。そのため酸化チタンには、光照射だけでよい手軽さを生かした応用が行われている。たとえば病院の手術室の壁・床を酸化チタンでコーティングしておけば、ブラックライト（紫外光ランプ）を照らすだけで殺菌処理を行うことが可能である。この応用は既に製品化されており、一部の病院で利用されているまた応用として色素増感太陽電池と呼ばれる太陽電池も作られている。 |
超親水作用
| 超親水性を示す作用は、ガラスの防曇加工技術として既に応用されている。自動車のバックミラーや道路のミラー等を酸化チタンでコーティングしておけば、水がはねついても表面で水滴とはならず、そのまま流れ落ちる。そのため雨天時の視認性が大幅に向上する。また油性の汚れ[注 2]が全く定着せず、雨などで定期的にこのような水が流れることにより、表面が洗浄され、いわゆるセルフクリーニング作用をもつ。このセルフクリーニング作用は、既にビル外壁やテントシートおよび住宅用窓ガラスなどへ応用されている。 |