光触媒がわかれば化学がわかる 化学がわかれば光触媒がわかる 表面分子動態特論II 大学院地球環境科学研究科物質環境科学専攻 開講科目

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1 光触媒がわかれば化学がわかる 化学がわかれば光触媒がわかる 表面分子動態特論II 大学院地球環境科学研究科物質環境科学専攻 開講科目
大学院地球環境科学研究科物質環境科学専攻　開講科目 2004年度前期　毎週月曜日第2校時（10:30─12:00） 研究科C-104号室 大谷文章（おおたにぶんしょう） 札幌市北区北21条西10丁目　北海道大学・触媒化学研究センター （ダイヤルイン）・ （ファクシミリ）

2 北海道大学・触媒化学研究センター ■ 日本で唯一の『触媒』を専門分野とする研究機関
■ 日本で唯一の『触媒』を専門分野とする研究機関 ■ 2003年11月に創成科学研究棟（北キャンパス/24時間研究可能な施設）に移転 ■ 共同研究スペースの確保 （上）北22条通りから見た玄関 （右）北キャンパスから南東方向を見る

3 講義の目標 ■ 光触媒のトピックスを中心にして先端的な研究内容から説き起こして基礎的な化学あるいは実験化学研究の技術などに掘り下げていく
■ 光触媒のトピックスを中心にして先端的な研究内容から説き起こして基礎的な化学あるいは実験化学研究の技術などに掘り下げていく ■ 光触媒の諸現象のほとんどが化学的に解釈できること理解し，化学の研究法を適用して説明する ■ 化学研究の基礎を学ぶことを通じて光触媒の研究を理解し，さらに応用展開できることを知る

4 講義予定（7月以降は未確定） (1) 4月19日 光触媒とは ─光触媒入門─ (2) 4月26日 光触媒が働くしくみ
(1) 4月19日 光触媒とは　─光触媒入門─ (2) 4月26日 光触媒が働くしくみ (3) 5月10日 光触媒の化学　1. 光触媒が進むしくみ (4) 5月17日 光触媒の化学　2. 反応の速さ (5) 5月24日 いろいろな光触媒　1. 酸化チタン (1) (6) 5月31日 いろいろな光触媒　1. 酸化チタン (2) (7) 6月7日 いろいろな光触媒　2. 酸化チタン以外の光触媒 (8) 6月14日 光触媒反応の実際例 (1) (9) 6月21日 光触媒反応の実際例 (2) (10) 6月28日 光触媒反応の解析 (11) 光触媒の物性と光触媒活性の制御 (1) (12) 光触媒の物性と光触媒活性の制御 (2) (13) 光触媒による有機合成 (14) 次世代の光触媒反応 (1) (15) 次世代の光触媒反応 (2)

5 光触媒のしくみがわかる本 で購入可能 ・ 光触媒がわかれば化学がわかる，化学がわかれば光触媒がわかる ・ 光触媒の教科書 大谷文章著
・ 光触媒がわかれば化学がわかる，化学がわかれば光触媒がわかる ・ 光触媒の教科書 大谷文章著 技術評論社 2003年10月25日発行 本体価格1,480円 著者割引（20%） で購入可能

6 光触媒を知っていますか ■クイズ１ 「光触媒」ということばを聞いたり見たりしたことがありますか ■クイズ２
光触媒が実用化されている例を知っていればそれをあげ，そのしくみを説明してください． ■クイズ３ 「光触媒」ということばのうちで「触媒」が意味することは何ですか．簡単に説明してください

7 酸化チタンコーティングフィルム 酸化チタン光触媒作用により表面が親水化するため曇りが生じない 酸化チタン コーティング フィルム 通常ガラス
部分 酸化チタン コーティング フィルム 東陶機器 光触媒実例002

8 酸化チタン光触媒を塗布したテント素材 屋外暴露5か月後の状態 一般用膜材 フッ素コート膜材 酸化チタン膜材 色差の変化：
値が大きいほどよごれていることを示す 太陽工業ウェブページより 光触媒実例003

9 酸化チタン光触媒を塗布した道路防音壁 透明板：ポリカーボネート樹脂・両面：光触媒超親水性処理 枠材：アルミニウム合金
積水樹脂ウェブページより 光触媒実例004

10 酸化チタン光触媒を含む道路舗装材 ■ 排気ガス中の窒素酸化物（NOx）が光触媒によって酸化
商標名：「フォトロード」 ■ 排気ガス中の窒素酸化物（NOx）が光触媒によって酸化 ■ 生じた硝酸イオンは舗装材中のカルシウムイオンにより捕捉される。 ■ 雨水によって硝酸カルシウムは洗い流される フジタ　ウェブページより 光触媒実例005

11 酸化チタン光触媒をつけた照明器具 公園・街路灯 直管蛍光灯 森トンネル ・所在地： 長野県更埴市森 ・施主： 日本道路公団東京第二建設局
・所在地：　長野県更埴市森 ・施主：　　日本道路公団東京第二建設局 公園・街路灯 直管蛍光灯 東芝ライテックウェブページより 光触媒実例006

12 酸化チタン光触媒塗装 商標名：「ビストレーター」 アクリル塗装の板に光触媒塗料を塗装と未塗装の比較
高速道路料金所のアイランドへの塗装と未塗装の比較 日本曹達ウェブページより 光触媒実例007

13 酸化チタンコーティングガラス 酸化チタン コートガラス 通常の ガラス 酸化チタン光触媒作用により表面が親水化するため曇りが生じない
外側では汚れがつきにくく，ついても雨水で流れる 酸化チタン コートガラス 通常の ガラス ジャパン・ハイドロテクト・コーティングス 光触媒実例001

14 酸化チタン光触媒パーティション 　 2001年から受注を開始した光触媒パーティションは、その表面材に光触媒機能を有する酸化チタンを塗布しているため、付着したニコチン・油等の汚れを分解する防汚効果やタバコなどの悪臭を分解する防臭効果、菌の増殖を防ぐ抗菌効果、シックハウス症候群の原因物質とされているホルムアルデヒドの分解効果があり、オフィスの室内環境を快適にすることができます。 三菱樹脂ウェブページより 光触媒実例013

15 酸化チタン光触媒を組み込んだエアコン 商標名：「ベンティエール」（天井取付型） 光触媒による脱臭効果が期待できる
エアコンは必ず室内空気を吸入して排気しているのでアクティブな装置ができる ダイキン　ウェブページより 光触媒実例008

16 光触媒を組み込んだ空気清浄機 日立H&L、光触媒と酵素除菌フィルターを採用した空気清浄機
・日立ホーム＆ライフソリューション（日立H&L、本社：東京都港区）は2003年9月9日、光触媒フィルターと酵素除菌HEPAフィルターを併用する「ダブルパワー除菌」を採用した空気清浄機「EP-X30」を発表した。価格は5万7000円。9月20日に発売する。 ・EP-X30は、パネル全周から吸引する独自の「マルチワイド吸引」を採用し、ダブルパワー除菌で雑菌やカビ菌を除去する。また、マイナスとプラスのイオン発生素子を本体内部左右に配置してバランスよく放出する「バトルイオンシステム」で空気中のホコリや浮遊菌を減少させるという。 ・このほかの特徴として、ファンの性能向上などによって適用床面積を30畳に大風量化した。8畳の床面積なら10分で室内の空気を清浄できるという。本体寸法は幅430×高さ570×奥行き200mm、重さは8kg。 ・同時に日立H&Lは、酵素除菌フィルター採用した「EP-X20」（適用床面積20畳）、柿カテキン抗ウィルス除菌システムを採用した「EP-X10」（適用床面積15畳）の2機種を発売する。価格はそれぞれ3万円、2万3000円。 日立ホーム＆ライフソリューション　ウェブページより 光触媒実例012

17 酸化チタン光触媒を組み込んだ分煙機 左：分煙機・右：「光プラズマ鮮蔵冷蔵庫」（商標名）
放電・オゾン・光触媒の同時作用による脱臭効果が期待できる エチレンの分解による鮮度保持 左：分煙機・右：「光プラズマ鮮蔵冷蔵庫」（商標名） 東芝ウェブページより 光触媒実例010

18 光触媒繊維を使った水処理装置 光触媒をつけた繊維カートリッジを装着した流通式水処理装置 ・ダイオキシンの分解無害化 ・レジオネラ菌の殺菌
チタニアが有機物を酸化分解する光触媒機能に着目して、接触面積が大きく、丈夫な繊維状にしたのが『光触媒繊維』。既存の光触媒製品と差別化した製品の特色を活かして市場開発を進めています。この新素材はダイオキシンの分解にも期待されています。 宇部興産ウェブページより 光触媒実例014

19 酸化チタン光触媒による地下水処理装置 汚染地下水を汲み上げ、空気を吹き込んで気化した有機物を気相で光触媒分解・無害化 処理フロー図
光触媒気相処理装置 排ガス 中和槽 排気 無害化 光触媒気相 処理装置 セパレータ 除湿器 空気 汚染ガス 汚染水 土壌 放水 ブラックライト 汚染 地下水 曝気装置 汚染ガス ポンプ 装置内にブラックライト（紫外線蛍光灯） と酸化チタン担持体（固着体）を配置 住友金属工業ウェブページより 光触媒実例009

20 酸化チタン光触媒を利用するTOC測定装置
■ TOC（Total Organic Carbon）：全有機炭素量．有機物を酸化剤を用いてすべて二酸化炭素にまで酸化し、この量を測定することによって、有機炭素量を定量する。 ■ 従来は過マンガン酸カリウムなどの酸化剤を用いていたが、光触媒を用いることにより、試薬と廃液処理が不要 平沼産業ウェブページより 光触媒実例011

21 実用化されている光触媒 ■クイズ４ ここまでに示した実用化例のうちでもっとも印象に残ったのはどれですか．また，その理由は何ですか ■クイズ５
実用化されている光触媒で起こることを一般的に表現するとどうなりますか．

22 光触媒で起こる「化学」反応 表面にコーティングした酸化チタンなどの光触媒に有機化合物が接触し，そこに光が当たると有機化合物に含まれる全部の炭素が二酸化炭素になるまで酸化分解（「完全酸化反応」）される．また、光触媒反応により表面が親水的になる． ■ポイント１　空気中では分子状酸素（02）が存在─完全酸化反応 ■ポイント２　酸化の対になる還元反応は酸素の還元 ■ポイント３　酸素が還元されてできた活性種は酸化作用を示す ■ポイント４　酸素がない条件下では別の「還元反応」が起こる 光触媒001

23 半導体光触媒反応の基本原理 (1) 結晶性固体では原子・分子の離散的な電子の軌道が帯状（バンド）になる。
(3) 励起電子と正孔はそれぞれすぐに伝導帯下端と価電子帯上端に「緩和」する 励起電子 (4) 励起電子が化学物質に移動すると還元が、正孔が移動すると酸化がおこる．あるいは再結合して熱や光を発生 (2) 禁制帯を超えるエネルギーの光が吸収されると、価電子帯の電子が伝導帯に励起され、価電子帯に正孔が残る 正孔 光触媒003

24 光触媒の代表選手「酸化チタン」 光安定性 無毒性 TiO2 酸化チタン(IV) 入手容易 酸化還元力 photostability
not poisonous & natural 無毒性 光によって自己分解せず「触媒」として機能する 光がなければほとんど反応しない．食品添加物．環境を汚さない titanium(IV) oxide TiO2 酸化チタン(IV) さまざまな物質を酸化・還元できる．とくに酸化力が強い superior redox ability 酸化還元力 availability 入手容易 チタンのクラーク数は0.46%で10位．顔料として大量に利用されている 白色（無色）であるので材料の色が変化しない 紫外光しか利用できないというデメリットでもある 光触媒002

25 「光触媒のしくみがわかる本」の著者割引での購入を希望者
感想と意見・教科書の購入希望 ■クイズ６ 今日の講義に関する感想と意見を書いてください 感想は講義のウェブページに名前をふせて掲載します・希望しない人はその旨を明記してください ■クイズ７ 「光触媒のしくみがわかる本」の著者割引での購入を希望者 連絡先として電子メールアドレス