JP3789005B2 - 光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸化亜鉛皮膜からなる光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜に関し、詳しくは高い活性を有する酸化亜鉛皮膜からなる光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化亜鉛は触媒材料、光触媒材料として広く工業的に使用されており、これらの触媒材料、光触媒材料に用いられる酸化亜鉛は微粒で比表面積が大きいことが望ましい。これらは酸化亜鉛粉体を造粒して粗大粒として用いるか、粉体をハニカムなどに塗布するか又は浸漬被覆し、焼結して用いられている。
また、酸化亜鉛の製膜方法としてはスパッタ法、蒸着法、熱分解法、陽極酸化法、陰極電解析出法などがある。これらの方法によって製膜された酸化亜鉛皮膜は一般に（００１）面配向しやすい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、種々の製造方法、種々の電解条件下で酸化亜鉛皮膜を形成し、それらの酸化亜鉛皮膜の触媒活性、光触媒活性について調べたところ、それらの製造方法、電解条件の相違により触媒活性、光触媒活性に顕著な差異が生じることを見いだし、そのような顕著な触媒活性、光触媒活性の生じる酸化亜鉛皮膜の条件について検討した。
本発明の目的は顕著な光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は触媒活性、光触媒活性の高い酸化亜鉛皮膜について鋭意研究の結果、酸化亜鉛皮膜の（１００）面の配向性を高めることによって光触媒活性及びメタノール分解活性が大きくなることを見出し本発明を完成した。
即ち、本発明の光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜、光触媒皮膜は、（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする。
また、本発明の光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜、光触媒皮膜は、亜鉛の表面を陽極酸化することによって製膜された、（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする。
【０００５】
本発明の光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜、光触媒皮膜を構成する酸化亜鉛は、ウルツ鉱型構造を有する六方晶であり、その単位格子はａ＝３．２５０Å、ｃ＝５．２０７Åである。本発明でいう（１００）面は（１・０・−１・０）とも記載され、単位格子のａ面を指す。また、（００２）面は（０・０・０・２）面とも記載され、単位格子のｃ面を指す。
【０００６】
（００２）面のＸ線回折ピーク強度に比べて（１００）面のＸ線回折ピーク強度が高い酸化亜鉛皮膜を製膜することによって、光触媒活性及びメタノール分解活性の高い酸化亜鉛皮膜を得ることができる。このような光触媒活性及びメタノール分解活性の高い酸化亜鉛皮膜を得るための製膜方法については、陽極酸化法、陰極電解析出法、スパッタ法、蒸着法、熱分解法等の何れでもよく、特には限定されないが、（１００）面の配向を強くするためには特定の製膜条件とする必要がある。とりわけ陽極酸化法を用いる場合には、比表面積の大きな酸化亜鉛からなる皮膜を容易に製膜することができ、また電解条件を制御することによって、例えば０．１〜０．３Ｎの水酸化ナトリウム水溶液を電解液として用い、１５〜３０Ｖの直流定電圧で亜鉛表面を陽極酸化することによって（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が１よりも大きな皮膜を容易に製膜することができ、このような酸化亜鉛皮膜は高い光触媒活性及びメタノール分解活性を示す。
【０００７】
ここでいう酸化亜鉛皮膜は酸化亜鉛だけからなる皮膜に限らず、酸化亜鉛とその他の物質（例えば、白金やパラジウム、酸化チタンや酸化アルミニウムなどのその他の触媒作用物質）との混合物であってもよい。
また、ここでいう酸化亜鉛皮膜とは必ずしも平面である必要はなく、曲面であってもよい。その酸化亜鉛皮膜面の垂線方向から見たときに（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度に比べて高ければよい。従って酸化亜鉛皮膜は板に限らず、シートのような柔軟性のあるものや網状のような通気性、通水性のあるもの、ハニカム状に加工したもの、或いはハニカム上に製膜したものであってもよい。また表面を物理的、化学的に処理してその表面積を増大させた基体の上であってもよい。
【０００８】
【実施例】
実施例１
研磨、脱脂した亜鉛板を水酸化ナトリウム水溶液（４０℃）中で陽極酸化して亜鉛板表面に酸化亜鉛皮膜を製膜した。電解電圧および水酸化ナトリウム水溶液濃度を第１表に示すように変化させることによって様々な酸化亜鉛皮膜を製膜した。陽極酸化後に酸化亜鉛皮膜を純水で洗浄し、その後、熱風乾燥した。これらの酸化亜鉛皮膜のＸ線回折（銅ターゲット）を測定すると、２θ＝３１．７°に酸化亜鉛の（１００）面のＸ線回折ピークが表れ、また３４．３°に（００２）面のＸ線回折ピークが表れた。（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比の計算値は第１表に示す通りであった。
【０００９】
紫外線が透過する密閉ガラス容器（内容積９．２リットル）に上記の酸化亜鉛皮膜（１０×１０cm2 ）を固定し、アセトアルデヒドガス５０ｐｐｍを被分解ガスとして注入し、外部から酸化亜鉛皮膜表面に紫外線（ブラックライト、１０Ｗ×５灯）を照射して、その酸化亜鉛皮膜の光触媒活性をアセトアルデヒドガスの分解速度として測定した。アセトアルデヒドガス濃度は容器内のガスを注射器でサンプリングし、ガスクロマトグラフィーで分析して求めた。密閉容器内のガス濃度が紫外線照射開始から５ｐｐｍまで低下するに要した時間（濃度が１／１０に低下するまでの所要時間）（分）を求めた。その結果は第１表に示す通りであった。第１表のデータから明らかなように、（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が高いほど反応時間が早く、良好な光触媒活性を示した。特にＸ線回折ピーク強度比が１を越えると活性が良好となった。
【００１０】
【００１１】
実施例２
ガラス板の上にＲＦスパッタによって酸化亜鉛皮膜を施した。酸化亜鉛皮膜はｃ軸配向し易く、基板温度２００℃、アルゴン１０ｃｃ／分、酸素１０ｃｃ／分でスパッタすると、得られた酸化亜鉛皮膜は（００２）面のＸ線回折ピークだけが見られた。さらにスパッタ圧を高くし、基板温度を室温とし、アルゴン５０ｃｃ／分、酸素５０ｃｃ／分、１０ミリトールでスパッタを行った。得られた酸化亜鉛皮膜のＸ線回折を行ったところ、いくつもＸ線回折ピークが表れた。これらのＸ線回折ピークのうち、（００２）面Ｘ線回折ピーク強度に対する（１００）面Ｘ線回折ピーク強度の比は１．０６であり、わずかながら（１００）面Ｘ線回折ピーク強度の方が高かった。
【００１２】
密閉ガラス容器（内容積９．２リットル）中にこれらの酸化亜鉛皮膜（１０×１０cm2 ）を固定し、メタノールを２００ｐｐｍの濃度で注入し、分解反応を行った。その結果、ｃ軸配向した酸化亜鉛皮膜を用いた場合には２時間後でも濃度の減少は見られなかった。一方、（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が１．０６であった酸化亜鉛皮膜を用いた場合には２時間後に５０ｐｐｍの濃度減少が見られ、また二酸化炭素濃度が増加していることが確認された。
【００１３】
実施例３
６０℃の０．１Ｎ硝酸亜鉛水溶液中で、銅板を陰極として電解を行い、銅板上に酸化亜鉛皮膜を施した。このとき印加電圧を第２表に示すように変化させて第２表に示す様々な酸化亜鉛皮膜を製膜した。また、これらの酸化亜鉛皮膜を用いて実施例１と同一の装置でアセトアルデヒドガスの光触媒作用による分解反応を行った。その結果は第２表に示す通りであった。その結果から、（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が１を越えるとアセトアルデヒドの分解速度が上昇することがわかった。
【００１４】
【００１５】
【発明の効果】
本発明の酸化亜鉛皮膜を用いると、高い光触媒活性及びメタノール分解活性が得られる。従って、この酸化亜鉛皮膜を用いて化学物質の分解を行ったり、光を照射しながら酸化亜鉛皮膜上で酸化・還元反応を生じさせたり、あるいは光触媒作用によって殺菌作用を行うことができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は酸化亜鉛皮膜からなる光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜に関し、詳しくは高い活性を有する酸化亜鉛皮膜からなる光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化亜鉛は触媒材料、光触媒材料として広く工業的に使用されており、これらの触媒材料、光触媒材料に用いられる酸化亜鉛は微粒で比表面積が大きいことが望ましい。これらは酸化亜鉛粉体を造粒して粗大粒として用いるか、粉体をハニカムなどに塗布するか又は浸漬被覆し、焼結して用いられている。
また、酸化亜鉛の製膜方法としてはスパッタ法、蒸着法、熱分解法、陽極酸化法、陰極電解析出法などがある。これらの方法によって製膜された酸化亜鉛皮膜は一般に（００１）面配向しやすい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、種々の製造方法、種々の電解条件下で酸化亜鉛皮膜を形成し、それらの酸化亜鉛皮膜の触媒活性、光触媒活性について調べたところ、それらの製造方法、電解条件の相違により触媒活性、光触媒活性に顕著な差異が生じることを見いだし、そのような顕著な触媒活性、光触媒活性の生じる酸化亜鉛皮膜の条件について検討した。
本発明の目的は顕著な光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は触媒活性、光触媒活性の高い酸化亜鉛皮膜について鋭意研究の結果、酸化亜鉛皮膜の（１００）面の配向性を高めることによって光触媒活性及びメタノール分解活性が大きくなることを見出し本発明を完成した。
即ち、本発明の光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜、光触媒皮膜は、（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする。
また、本発明の光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜、光触媒皮膜は、亜鉛の表面を陽極酸化することによって製膜された、（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする。
【０００５】
本発明の光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜、光触媒皮膜を構成する酸化亜鉛は、ウルツ鉱型構造を有する六方晶であり、その単位格子はａ＝３．２５０Å、ｃ＝５．２０７Åである。本発明でいう（１００）面は（１・０・−１・０）とも記載され、単位格子のａ面を指す。また、（００２）面は（０・０・０・２）面とも記載され、単位格子のｃ面を指す。
【０００６】
（００２）面のＸ線回折ピーク強度に比べて（１００）面のＸ線回折ピーク強度が高い酸化亜鉛皮膜を製膜することによって、光触媒活性及びメタノール分解活性の高い酸化亜鉛皮膜を得ることができる。このような光触媒活性及びメタノール分解活性の高い酸化亜鉛皮膜を得るための製膜方法については、陽極酸化法、陰極電解析出法、スパッタ法、蒸着法、熱分解法等の何れでもよく、特には限定されないが、（１００）面の配向を強くするためには特定の製膜条件とする必要がある。とりわけ陽極酸化法を用いる場合には、比表面積の大きな酸化亜鉛からなる皮膜を容易に製膜することができ、また電解条件を制御することによって、例えば０．１〜０．３Ｎの水酸化ナトリウム水溶液を電解液として用い、１５〜３０Ｖの直流定電圧で亜鉛表面を陽極酸化することによって（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が１よりも大きな皮膜を容易に製膜することができ、このような酸化亜鉛皮膜は高い光触媒活性及びメタノール分解活性を示す。
【０００７】
ここでいう酸化亜鉛皮膜は酸化亜鉛だけからなる皮膜に限らず、酸化亜鉛とその他の物質（例えば、白金やパラジウム、酸化チタンや酸化アルミニウムなどのその他の触媒作用物質）との混合物であってもよい。
また、ここでいう酸化亜鉛皮膜とは必ずしも平面である必要はなく、曲面であってもよい。その酸化亜鉛皮膜面の垂線方向から見たときに（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度に比べて高ければよい。従って酸化亜鉛皮膜は板に限らず、シートのような柔軟性のあるものや網状のような通気性、通水性のあるもの、ハニカム状に加工したもの、或いはハニカム上に製膜したものであってもよい。また表面を物理的、化学的に処理してその表面積を増大させた基体の上であってもよい。
【０００８】
【実施例】
実施例１
研磨、脱脂した亜鉛板を水酸化ナトリウム水溶液（４０℃）中で陽極酸化して亜鉛板表面に酸化亜鉛皮膜を製膜した。電解電圧および水酸化ナトリウム水溶液濃度を第１表に示すように変化させることによって様々な酸化亜鉛皮膜を製膜した。陽極酸化後に酸化亜鉛皮膜を純水で洗浄し、その後、熱風乾燥した。これらの酸化亜鉛皮膜のＸ線回折（銅ターゲット）を測定すると、２θ＝３１．７°に酸化亜鉛の（１００）面のＸ線回折ピークが表れ、また３４．３°に（００２）面のＸ線回折ピークが表れた。（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比の計算値は第１表に示す通りであった。
【０００９】
紫外線が透過する密閉ガラス容器（内容積９．２リットル）に上記の酸化亜鉛皮膜（１０×１０cm2 ）を固定し、アセトアルデヒドガス５０ｐｐｍを被分解ガスとして注入し、外部から酸化亜鉛皮膜表面に紫外線（ブラックライト、１０Ｗ×５灯）を照射して、その酸化亜鉛皮膜の光触媒活性をアセトアルデヒドガスの分解速度として測定した。アセトアルデヒドガス濃度は容器内のガスを注射器でサンプリングし、ガスクロマトグラフィーで分析して求めた。密閉容器内のガス濃度が紫外線照射開始から５ｐｐｍまで低下するに要した時間（濃度が１／１０に低下するまでの所要時間）（分）を求めた。その結果は第１表に示す通りであった。第１表のデータから明らかなように、（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が高いほど反応時間が早く、良好な光触媒活性を示した。特にＸ線回折ピーク強度比が１を越えると活性が良好となった。
【００１０】
実施例２
ガラス板の上にＲＦスパッタによって酸化亜鉛皮膜を施した。酸化亜鉛皮膜はｃ軸配向し易く、基板温度２００℃、アルゴン１０ｃｃ／分、酸素１０ｃｃ／分でスパッタすると、得られた酸化亜鉛皮膜は（００２）面のＸ線回折ピークだけが見られた。さらにスパッタ圧を高くし、基板温度を室温とし、アルゴン５０ｃｃ／分、酸素５０ｃｃ／分、１０ミリトールでスパッタを行った。得られた酸化亜鉛皮膜のＸ線回折を行ったところ、いくつもＸ線回折ピークが表れた。これらのＸ線回折ピークのうち、（００２）面Ｘ線回折ピーク強度に対する（１００）面Ｘ線回折ピーク強度の比は１．０６であり、わずかながら（１００）面Ｘ線回折ピーク強度の方が高かった。
【００１２】
密閉ガラス容器（内容積９．２リットル）中にこれらの酸化亜鉛皮膜（１０×１０cm2 ）を固定し、メタノールを２００ｐｐｍの濃度で注入し、分解反応を行った。その結果、ｃ軸配向した酸化亜鉛皮膜を用いた場合には２時間後でも濃度の減少は見られなかった。一方、（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が１．０６であった酸化亜鉛皮膜を用いた場合には２時間後に５０ｐｐｍの濃度減少が見られ、また二酸化炭素濃度が増加していることが確認された。
【００１３】
実施例３
６０℃の０．１Ｎ硝酸亜鉛水溶液中で、銅板を陰極として電解を行い、銅板上に酸化亜鉛皮膜を施した。このとき印加電圧を第２表に示すように変化させて第２表に示す様々な酸化亜鉛皮膜を製膜した。また、これらの酸化亜鉛皮膜を用いて実施例１と同一の装置でアセトアルデヒドガスの光触媒作用による分解反応を行った。その結果は第２表に示す通りであった。その結果から、（１００）面／（００２）面のＸ線回折ピーク強度比が１を越えるとアセトアルデヒドの分解速度が上昇することがわかった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の酸化亜鉛皮膜を用いると、高い光触媒活性及びメタノール分解活性が得られる。従って、この酸化亜鉛皮膜を用いて化学物質の分解を行ったり、光を照射しながら酸化亜鉛皮膜上で酸化・還元反応を生じさせたり、あるいは光触媒作用によって殺菌作用を行うことができる。
Claims (4)
- （１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜。
- （１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする光触媒皮膜。
- 亜鉛の表面を陽極酸化することによって製膜された、（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜。
- 亜鉛の表面を陽極酸化することによって製膜された、（１００）面のＸ線回折ピーク強度が（００２）面のＸ線回折ピーク強度より大きい酸化亜鉛皮膜からなることを特徴とする光触媒皮膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11486296A JP3789005B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11486296A JP3789005B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09299791A JPH09299791A (ja) | 1997-11-25 |
| JP3789005B2 true JP3789005B2 (ja) | 2006-06-21 |
Family
ID=14648567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11486296A Expired - Fee Related JP3789005B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 光触媒活性及びメタノール分解活性を有する触媒皮膜及び光触媒皮膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3789005B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242080B1 (en) * | 1997-07-09 | 2001-06-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Zinc oxide thin film and process for producing the film |
| JP7344495B2 (ja) * | 2019-04-24 | 2023-09-14 | 時空化学株式会社 | Ｖｏｃ除去用触媒の製造方法、ｖｏｃ除去用触媒及びｖｏｃ除去方法 |
-
1996
- 1996-05-09 JP JP11486296A patent/JP3789005B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09299791A (ja) | 1997-11-25 |
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