Home広島大学自然科学研究支援開発センター 教授 齋藤健一
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平成２５年７月２３日
简便な方法で、従来の130倍高性能な光触媒の开発に成功！
～安価で高性能な光触媒作製技术の普及に期待～
広岛大学自然科学研究支援开発センターの斋藤健一教授らの研究グループは、酸化チタン光触媒の性能を飞跃的に増加させる手法を発见しました。この手法を用いると、従来よりも简便な方法で、一般的な酸化チタン光触媒の约130倍、市贩されている高性能酸化チタン光触媒の约60倍の性能を得ることができ、更に大量に合成することも可能になります。
酸化チタン(化学式：罢颈翱2)光触媒は、その优れた性质により、ビルの窓や外壁のセルフクリーニング材料、住宅の防かび?防菌コート材料、エアコンの脱臭材、手术室の壁の灭菌材料等として、幅広く利用されています。斋藤教授らの研究グループは、物理化学的な合成法である高エネルギーボールミリング法１）を用いて、酸化チタン微粒子を作製し、光触媒としての性能（触媒能）を、メチレンブルー水溶液の还元反応2)で検証しました（図１）。その结果、通常の酸化チタン光触媒で2时间かかった反応が、今回开発した酸化チタン光触媒を用いると1分以内で完了することが明らかとなりました。これは约136倍の触媒能の増加に相当します。また、市贩の高性能酸化チタン光触媒3)との比较実験でも、约62倍の触媒能の増加が観测されました（図２）。この着しい触媒能の増加は、高エネルギーボールミリング処理により微粒子化した酸化チタンの构造の半分以上を占める「乱れた构造」4)が原因となっていることが明らかとなりました。この酸化チタン中の「乱れた构造」では、周期构造、化学结合、结晶格子が寸断され、また特异的な结晶相も出现しています。それらの特异的な活性构造が触媒活性を高めたと考えられます。
この高性能な酸化チタン光触媒は、酸化チタンを机械的に粉砕するだけという极めて简便な手法で作製可能なため、安価かつ高性能な光触媒の市场への提供、更には、超高性能な水质浄化、抗菌?防かびコート、大気浄化、脱臭等の材料として幅広い利用が期待されます。
本研究は、独立行政法人日本学術振興会の最先端?次世代研究開発支援プログラム（グリーン?イノベーション）に採択された研究課題「低コストで簡便なナノSi白色発光デバイスと高効率ナノSi太陽電池作製法の確立」の一環として行われたもので、国際的に権威のある応用物理学の速報誌「Applied Physics Letters」の最新号オンライン版で2013年7月１８日に公開されました。
论文タイトル：130-fold enhancement of TiO2 photocatalytic activities by ball milling
着者：Ken-ichi Saitow and Tomoji Wakamiya
URL：丑迟迟辫://补辫濒.补颈辫.辞谤驳/谤别蝉辞耻谤肠别/1/补辫辫濒补产/惫103/颈3/辫031916冲蝉1
お问い合わせ先
用语説明
１）高エネルギーボールミリング法：
硬質容器に、固体試料と硬質ボールを一緒に入れ、試料をボールとともに高速回転（例えば、回転速度600 rpm以上）させ、機械的に粉砕し、試料を微粒子化する手法を指す。高エネルギーボールミリング法により、新材料や新反応が進行することが期待され、最近注目され始めている。
２）メチレンブルー水溶液の还元反応：
メチレンブルーは染料や抗菌剤として用いられる薬品であり、その溶液は鲜やかな青色を示すが、还元されると无色になる。反応による色の変化が顕着であり、反応の进行を明确に示すため、光触媒反応の性能评価によく用いられる。
３）市贩の高性能酸化チタン光触媒：
比較実験に用いた市販の高性能酸化チタン光触媒は、世界的に最も有名でよく研究されている、ドイツのEvonik Degussa 社の「P25」である。
４）乱れた构造：
酸化チタンの构造は、アナターゼ型とルチル型の结晶系が有名である。本実験では、酸化チタンとしては珍しい、アモルファス构造とスリランカイト型の生成が観测された。前者は结晶とは异なるランダムな构造体である。后者は1骋笔补（约10、000気圧）以上の高圧でしか生成しない、特に珍しい结晶相である。
参考资料
（図１）
(a) 通常の酸化チタンを用いた場合
(b) 高エネルギーボールミリング処理を施した酸化チタンを用いた場合
メチレンブルーの吸収スペクトルの紫外线照射による时间変化。（补）のグラフでは、吸収ピークが半分程になるまで120分ほどかかることが分かるが、（产）のグラフでは吸収ピークが45秒の时点でほぼ消えることが分かる。このように、高エネルギーボールミリング処理を施した酸化チタンを用いると、圧倒的に速く(136倍速く）反応が进行することが分かる。
図２）
紫外线照射による吸光度の时间変化
(1)高エネルギーボールミリング処理を施した酸化チタン
(2)市贩の高性能酸化チタン光触媒
(3)通常の酸化チタン
速い时点での吸光度の减少は、反応が速く进行していることを示している。高エネルギーボールミリング処理を施した酸化チタンの信号の减衰が极めて速く、圧倒的に速く反応が完了することがわかる。すなわち、通常の酸化チタンの136倍、高性能酸化チタン光触媒の62倍の速さで反応が进行する。
