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JP4120856B2 - Photocatalyst - Google Patents
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JP4120856B2 - Photocatalyst - Google Patents

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JP4120856B2 JP2001220778A JP2001220778A JP4120856B2 JP 4120856 B2 JP4120856 B2 JP 4120856B2 JP 2001220778 A JP2001220778 A JP 2001220778A JP 2001220778 A JP2001220778 A JP 2001220778A JP 4120856 B2 JP4120856 B2 JP 4120856B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光触媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
消臭、防汚およびまたは抗菌を行うために、光触媒膜を用いること知られている。
【0003】
光触媒膜は、紫外線照射を受けて、その光エネルギーを吸収すると、光触媒膜を構成して光触媒作用を呈する半導体に電子とホールが生成する。電子とホールは、膜表面にある酸素や水と反応して活性酸素や他の活性なラジカルなどを生じ、有機物からなる汚れ物質や臭い成分を酸化還元して分解するとされている。
【0004】
光触媒作用のある物質のうち、現在最も有望視されているのは酸化チタンである。酸化チタンは、光触媒作用が顕著であるとともに、安全で工業的に合理的な価格で、しかも必要量を入手できる物質だからである。
【0005】
近時、光触媒膜の有用性に注目して、建材、照明器具およびランプなど幅広い物品に光触媒膜を形成しようとする動きが活発である。
【0006】
光触媒膜の製造方法には種々あるが、いわゆるディップ法と超微粒子分散液コーティング法とが一般的に用いられている。
【0007】
いわゆるディップ法は、基体に光触媒膜を構成する金属のアルコキシド、たとえば光触媒膜が酸化チタンである場合には、チタンのアルコキシドを含む塗布液を塗布し、400〜500℃の温度で焼成して光触媒膜を形成する方法である。この製造方法により得られた光触媒膜は、膜強度に優れるために耐久性がある。
【0008】
超微粒子分散液コーティング法は、酸化チタンなどの光触媒性の超微粒子を水やアルコールなどからなる溶液中に分散させた水溶性分散液を基体に塗布し、焼成して光触媒膜を得る方法である。この製造方法により得られた光触媒膜は、結晶性が高く、光触媒性に優れている。
【0009】
いわゆるディップ法により得られた光触媒膜は、高温で長時間焼成しないと、膜表面における結晶性が十分でなく、光触媒性が低いという問題がある。基体がソーダライムガラスなどの軟質ガラスの場合には、ガラスの軟化温度が比較的低いので、所要の高温で焼成できないから、十分な光触媒性を得ることが困難である。
【0010】
また、上記製造方法により光触媒膜を形成すると、ガラスの屈折率に比べて酸化チタンを主体とする光触媒膜の屈折率が大きいために、両者の屈折率差によって生じる光干渉作用によって、可視光透過率が低下するという問題もある。
【0011】
一方、超微粒子分散液コーティング法においては、基体との付着性を十分に得にくいとともに、有機質の結着剤を用いている場合に、その結着剤にクラックが発生しやすい。結着剤にクラックが発生すると、白濁などにより透過率低下が発生するといった問題がある。出願人は、超微粒子分散液コーティング法による光触媒膜形成を改善して、基体に形成された金属酸化物超微粒子とSi化合物からなる多孔質金属酸化物からなる下地層と下地層の上に形成された酸化チタンの超微粒子を主体とする光触媒膜を形成した光触媒体において、下地層に含まれる金属酸化物超微粒子がAl,Zr,Siの酸化物からなり、その平均粒径が10〜40nmでありかつそのモル比率が40〜90%である光触媒体を出願している。また、このような光触媒体の分解効果をさらに改善した高機能光触媒体とこれを用いたランプおよび照明器具を提供することを出願しており、高い分解特性のものが得られている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような高い分解特性の光触媒を以ってしても、なお高い分解特性が求められている。しかも、従来のように高い温度で燒結するなどの必要がなく、光触媒膜を形成する基体の選択の幅を狭めることもなく、なお基体との相性を良好に保ち光触媒体を強固に結着させることのでき、膜強度が高く、科学的耐久性に優れた光触媒体の追求が行なわれている。
【0013】
また、このような高分解性の光触媒体は、分解性が高い反面、汚れ物質やガスなどの吸着性も高く、使用条件によっては汚れが付着する量の方が光触媒作用によって分解される量よりも多くなる場合があり、この場合には所望の効果が得られないことが判明した。また、光触媒膜に光が所望の強度で照射されない領域があると、その領域は光触媒膜が形成されていない部分に比べて汚れ物質やガスなどが多量に付着するため、かえって汚れが目立つという悪影響がある。
【0014】
この汚れの付着性は、光触媒膜の表面状態に影響を受ける。そして、高分解性の光触媒体は膜自体の親水性が高く、親水性の高い光触媒膜ほど汚れの付着、吸着性が高い傾向が見られている。
【0015】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高い分解性特性を有し、汚れ物質などの付着、吸着性を抑制できる光触媒体を提供することを目的とする。
【課題を達成するための手段】
請求項1の光触媒体は、基体と;TiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物の溶液を基体表面に塗布し、100〜500℃の温度領域の熱処理によって前記TiOR 2 からなる有機金属化合物を熱分解するとともにTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように前記基体上に形成されたアモルファス金属化合物からなる光触媒膜と;を具備していることを特徴とする。
【0016】
本請求項および以下の請求項において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は以下の説明による。
【0017】
本発明者は、光触媒膜の形成材料について種々検討した結果、これまで知られていなかったTi、O、Cを主成分としC/O比が1以下とすることによって、光触媒膜が非常に高い分解力を有し、かつ低温で形成できることを突き止めた。また、この光触媒膜を比較的高温状態の熱処理を行いことにより、高い分解力を維持しつつ、膜強度、基体への付着強度、耐久性の良好な酸化チタンを主体とする光触媒膜が得られることも発見した。特に、膜全体のC/O比の平均が0.01〜0.3の範囲にであり特にその表面でのC/O比が0.1以下となることが好ましい。これは、Cの含有量を大きくしてしまうと光触媒膜で光が吸収され膜の透過率が低下するためと考えられる。このため、上記の範囲が最適値となった。
【0018】
基体は、光触媒膜を担持するもので、専ら光触媒膜担持を目的とする部材はもちろんのこと、元来光触媒の担持を目的としない他の機能のために形成される機能材であることを許容する。基体として用いられる機能材としては、たとえばタイル、窓ガラス、天井パネルなどの建築材や、厨房用および衛生用の器材、家電機器、照明用器材、消臭用または集塵用フィルターなどが挙げられ、上記列挙するもの以外にも、光触媒作用が発揮できるものであれば所望の部材を基体として適用することができる。
【0019】
基体の材料としては、金属、ガラス、セラミックス(磁器を含む。)、陶器、石材、合成樹脂および木材などが挙げられる。しかし、光触媒膜は熱分解により形成されるため、基体は、その熱分解時の加熱温度に耐え得る耐熱性を備えている必要がある。この熱分解によって光触媒膜が基体に強固に固着されることになる。
【0020】
また、基体を金属、金属酸化物、セラミックスなどからなる粒径が1.0μm〜数100μmの粒子体とし、この粒子体の表面に光触媒膜を形成することで、光触媒体を光触媒機能を備えた粒状材料とすることが可能である。この光触媒機能を備えた粒状材料は、空気清浄器の脱臭用フィルターとして用いたり、水浄化装置の添加剤として利用することの他、塗料に混入して光触媒コーティング剤とすることも可能である。また、この粒子体を膜となるように配設させることにも許容する。
【0021】
基体は、光触媒膜を高温で焼成して形成する場合には、その焼成に耐え得る耐熱性を備えている必要がある。
【0022】
C/O比は、成膜時の雰囲気中の酸素混入量を調整することにより制御することが可能であるが、他の方法で制御されたものでも構わない。
【0023】
光触媒膜のC/O比を1以下にすると、光触媒膜の分解力が良好であり、1を超えると分解力が大幅に低下することが実験によって確認された。
【0024】
アモルファス系酸化チタンを用いた光触媒はこれまで知られていなかったが非常に高い分解力を有し手いることを付きとめた、また、比較的高温状態の熱処理を行うことができるため高い分解力を維持しつつ膜郷土、基体への付着強度、耐久性の良好な光触媒膜を得ることができたものである。よって、請求項1の発明によれば、光触媒膜の分解力を高い状態で維持することが可能である
【0025】
請求項2の光触媒体は、基体と;TiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物の溶液を基体表面に塗布し、100〜500℃の温度領域の熱処理によって前記TiOR 2 からなる有機金属化合物を熱分解するとともにTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように前記基体上に形成されたアモルファス金属化合物からなる被膜を600℃を超える温度で熱処理して結晶化された光触媒膜と;を具備していることを特徴とする。
【0026】
請求項1および2の光触媒膜は、以下のように作用する。
(1)比較的低温領域の乾燥または焼成により、光触媒活性の高い光触媒膜が得られる。
(2)(1)の光触媒膜を比較的高温領域(300℃超)で熱処理することにより、酸化チタン(TiO)に結晶化され、より高い分解性を維持し、基体への付着強度、膜強度が高く、化学的耐久性を備えた光触媒膜が得られる。
(3)基体と光触媒膜との相性が良好であり、光触媒膜を基体に強固に結着させることができる。
(4)光触媒の表面は通常の状態では疎水性であることが確認されており、この疎水性を備えることによって汚れ物質やガスなどの付着、吸着性が大幅に低減される。
【0027】
請求項1および2の発明によれば、Ti、O、Cを主成分とするアモルファス金属化合物から光触媒膜を形成したので、高い分解力を有する光触媒体を低温で形成することができる。
【0028】
請求項2の光触媒体は、アモルファス金属化合物からなる膜を熱処理により結晶化した酸化チタンを主成分としたことを特徴とする。結晶化とは、アナターゼ構造、ルチル構造およびその混合物などを許容する。
【0029】
請求項の発明によれば、Ti、O、Cを主成分とするアモルファス金属化合物からなる光触媒膜を熱処理するので、光触媒膜が結晶化されて、高い分解力を維持しつつ、基体への付着強度、膜強度が高く、化学的耐久性を備えた光触媒体を得ることができる。
【0030】
請求項1および2の光触媒体、光触媒膜がTiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物を熱分解することによって形成され
【0031】
この光触媒膜は、TiOR2(Rはキレート化合物)を水、有機溶剤またはこれらの混合溶液に溶かしたものを所望の条件で塗布し、乾燥または熱処理することによって形成することができる。また、チタンアルコキシドなどの有機チタン化合物をベースとした溶液を、特定の条件でCVD法によって成膜し、熱分解により形成することも可能である。
【0032】
請求項1および2の光触媒体、アモルファス金属化合物がTiOR2(Rはキレート化合物)を原材料とする有機金属化合物を熱分解することによって形成されたことを特徴とする。
【0033】
TiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物を熱分解することによって得られたTi、O、Cを主成分とするアモルファス金属化合物から形成された光触媒膜は光触媒活性が極めて高くなることが実験によって確認されたが、光触媒活性が高くなる詳細なメカニズムは不明である。
【0034】
しかし、光触媒膜の成膜過程において特に表面でのOH基の生成量が光触媒活性に影響していると考えられる。従来のようにチタンアルコキシド(TiOR4)を原材料として光触媒膜を成膜する場合には、まず部分的に加水分解反応が起こり、OH基が多数形成され、それを熱分解することにより酸化チタン(TiO2)を有する光触媒膜となる。このように成膜された従来の光触媒膜は、OH基を多量に含んでおり、結晶欠陥が多く発生する。
【0035】
これに対し、本請求項のTiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物を熱分解することによって成膜する場合には、この原材料では加水分解反応がほとんど起こらず、直接熱分解しているため、OH基の生成量は非常に少ないためと考えられる。
【0036】
請求項1および2の光触媒体は、アモルファス金属化合物から形成された光触媒膜がTiOR2 からなる有機金属化合物を熱分解して形成されるので、光触媒活性を一層高くすることができる。
【0037】
請求項は、請求項1または2記載の光触媒体において、TiOR2 からなる有機金属化合物Si、Zr、YおよびAlからなる群のうち少なくとも一種またはその混合物のアルコキシド、キレートおよびその変成体を添加させて光触媒膜を形成したことを特徴とする。
【0038】
請求項の発明によれば、TiOR2 からなる有機金属化合物Si、Zr、YおよびAlからなる群のうち少なくとも一種のアルコキシド、キレートおよびその変成体を添加するので、光触媒膜がCを含んでいることによって可視領域の若干の吸収が生じるにもかかわらず、成膜性および光触媒活性を改善することができる。
【0039】
上記光触媒体において、TiOR2 からなる有機金属化合物に金属酸化物微粒子を添加させてもよい
【0040】
これによれば、TiOR2 からなる有機金属化合物に金属酸化物微粒子を添加するので、成膜性および光触媒活性を改善することができる。
【0041】
請求項は、請求項ないしいずれか一記載の光触媒体において、TiOR2 からなる有機金属化合物にシリコーン樹脂またはその変成体を添加させたことを特徴とする。
【0042】
請求項の発明によれば、TiOR2 からなる有機金属化合物にシリコーン樹脂またはその変成体を添加するので、成膜性および光触媒活性を改善することができる。
【0043】
請求項は、請求項ないしいずれか一記載の光触媒体において、TiOR2 からなる有機金属化合物を、不活性ガスを主体とする雰囲気中で熱分解することによりTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように光触媒膜を形成したことを特徴とする。
【0044】
請求項の発明によれば、TiOR2 からなる有機金属化合物を、不活性ガスを主体とする雰囲気中で熱分解するので、成膜性を改善しつつ、光触媒活性を維持することができる。
【0045】
請求項は、請求項ないしいずれか一記載の光触媒体において、Rがアセチルアセトン(C572)、シクロペンタジエニル(C55)またはジピバロイルメタン(C11192)のうち少なくとも一種であることを特徴とする。
【0046】
請求項の光触媒体によれば、比較的安価で取扱いが容易なキレート化合物により光触媒膜を成膜することが可能となる。
【0047】
上記光触媒体において、TiORR’(R:キレート化合物、R’;アルキル基、水酸基、アルコキシ基またはカルボキシ基)からなり、x+y=2、かつy≦1としてもよい
【0048】
TiORR’は、酸化チタン(TiO)に結合しているキレート化合物(R)のうち、片方のキレート化合物(R’)をアルキル基、水酸基、アルコキシ基またはカルボキシ基で置換することで、基体表面への濡れ性が向上され、膜の付着力や成膜性を改善できるという作用を奏する。このように一方のキレート化合物(R)を置換する方法としては、周知の化学反応を利用することが可能である。
【0049】
の光触媒体によれば、TiORR’であって酸化チタン(TiO)に結合しているキレート化合物(R)のうち、片方のキレート化合物(R’)をアルキル基、水酸基、アルコキシ基またはカルボキシ基で置換することによって、基体表面への濡れ性が向上され、膜の付着力や成膜性を改善できる。
【0050】
上記光触媒体において、TiOR2 からなる有機金属化合物を溶剤に溶解し、さらにTiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子を分散して調製された溶液を基体上に塗布した後、熱分解を行うことにより光触媒膜を形成してもよい
【0051】
TiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子とは、平均粒径が2〜100nm、好ましくは4〜10nmである。TiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子は、水やエタノールなどの有機溶剤に分散させた溶液でTiOR2 からなる有機金属化合物と適量混合される。このときの混合割合としては、酸化チタンTiO2に換算して形成膜の材料の質量換算比がTiO2/TiOR2が1/4〜4/5となるのが好ましい。
【0052】
このように、TiOR2 からなる有機金属化合物にTiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子を適量混合することで、成膜性が向上し、可視光透過率も高くすることができる。これは、TiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子が光触媒膜中に分散混合されることによって混合屈折率差が少なくなり、光干渉が低減されるためと考えられる。
【0053】
上記光触媒体によれば、TiOR2 からなる有機金属化合物にTiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子が適量混合されるので、光触媒膜の成膜性が向上し、可視光透過率を高くすることができる。
【0054】
また、光触媒体は、基体と;基体上に形成されたTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下である光触媒膜で、光触媒膜にさらにTiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子が混合され、その量が光触媒膜の酸化物換算量として30〜90wt%であってもよい
【0055】
Ti、O、Cを主成分とする光触媒膜は請求項1にあるように高い分解力を有する光触媒体を低温で形成するなどの利点があるがCを含む影響で透過率が低下するなどの不具合があげられる。このようなことから、種種の添加物を検討した結果、TiO2、AlO、SiOから選択された少なくとも1種の超微粒子を混合することによって透過率が高く高い分解力を示し有力であった、特にTiOを酸化物還元として30〜90wt%にすることによって性膜が良好であり低温での形成が可能となり、かつ高透過率を有する光触媒体を形成することができたものである。
【0056】
また、光触媒体は、形成された光触媒体の膜厚が30〜350nmでかつ500から600nmの可視光平均透過率が86%以上とするのが好ましい
【0057】
これは、Cの含有量が大きいことで光触媒膜で光が吸収され膜の透過率が低下することから、膜の透過率および光触媒の分解性能に必要な膜を規定したうえで透過率を規定する。このことによって、光触媒の活性化に必要なCの含有量を透過率によって規定するものである。
【0058】
この、光触媒体によれば、光触媒の分解性能に必要な膜厚における透過率を規定することによって、最適な光触媒の分解性能を得ることができる。
【0059】
請求項は、請求項1ないしいずれか一記載の光触媒体において、光触媒膜が疎水性を呈することを特徴とする。
【0060】
ここで、「疎水性」とは、大気雰囲気における平衡状態で、水に対する接触角が60°以上となることを意味する。
【0061】
酸化チタンを主成分とする膜の表面は、製法などによって多少変化するが、水に対する接触角が約45〜50°またはこれ以下の親水性を呈するのが一般的であり、また紫外線を照射することによりその接触角がさらに低下して親水性になるものもある。
【0062】
このように、酸化チタンを主成分とする膜は、一般的に親水傾向が強く、親水性の高い光触媒膜ほど汚れの付着、吸着性が高い傾向が見られている。
【0063】
発明者は、TiOR2 からなる有機化合物を熱分解して成膜した光触媒膜は、表面を疎水性とすることによって汚れの付着性が大幅に低減され、かつ非常に高い分解特性が得られること判明した。
【0064】
疎水性を呈するメカニズムの詳細は不明であるが、加水分解を経ず、熱分解により光触媒膜が成膜されるため、酸化チタンが膜表面まで欠陥の少ない完全結晶に近い状態となり、OH基が結合し難くなっているためと思われる。
【0065】
光触媒膜の表面が疎水性を呈していると、汚れ物質やガスなどの付着、吸着性が大幅に低減され、かつ光触媒膜の分解特性も高いので、光触媒体の清浄効果がより促進される。特に、請求項10の光触媒体の光触媒膜は、膜形成直後は親水性であるがそのまま放置あるいは一度水を付着させると水に対する接触角が約70〜90°の疎水性を示す。
【0066】
請求項の発明によれば、光触媒膜が疎水性を呈すると、光触媒膜が形成されていない基体表面と比較しても汚れ物質、ガスの吸着または付着が低減されるため、分解性が高い効果と汚れ物質の付着を抑制する効果の両者を備えた光触媒体とすることができる。
【0067】
上記光触媒体において、基体が多孔質表面を有しているとするのが好ましい
【0068】
上記光触媒体において、基体に多孔質金属酸化物被膜が形成されており、この多孔質金属酸化物被膜の表面に光触媒膜が形成されていてもよい
【0069】
金属、セラミックスなどを基体とし、その表面を多孔質とした場合にTi,O,Cを主成分とするしたアモルファス金属化合物からなる光触媒膜を形成すると光触媒特性がさらに向上することが判明した。この場合、光触媒膜の膜厚は、数nm〜数10nmと小さくても分解性は非常に高くなる。
【0070】
これは、基体の表面に例えばシリカ(SiO2)やアルミナ(Al23)などからなる多孔性金属酸化物被膜を形成した場合でも同様な効果が得られる。
【0071】
一般の有機チタン化合物などによるディップ法では、一定膜厚、例えば10nm以下ではほとんど光触媒活性が無くなるのに対し、本請求項の光触媒膜は膜厚10nm以下でも比較的高い光触媒活性を維持しており、例えば2〜3nmであっても若干低下するだけであった。これは、基体が多孔質表面であるため、光触媒膜の表面積が増加することに起因しているものと思われる。
【0072】
この光触媒体によれば、基体表面を多孔質とすることによって、膜厚を小さくしても高い光触媒活性を有する光触媒体を得ることができる。
【0073】
上記光触媒体において、基体は金属酸化物粒子であり、この粒子表面に光触媒膜が形成されていてもよい
【0074】
光触媒膜が比較的低温領域で焼成されたものである場合、雰囲気中のSOやNOなどによって光触媒活性の低下することがある。このような光触媒活性の低下は、高温熱処理することにより大きく改善されるが、高温熱処理が必要のため基体材質制限される。
【0075】
そこで、比較的耐熱性に優れた例えばシリカ(SiO2)やアルミナ(Al23)などからなる金属酸化物粒子表面に光触媒層を形成し、直接あるいはその金属酸化物粒子を基体上に堆積した光触媒体を得ることによってこれらが改善され、かつ高い光触媒活性の光触媒体が得られる。
【0076】
金属酸化物微粒子は、通常使用されている4〜100nmの酸化チタン微粒子のみでなく、ガラス、アルミナ、ジルコニアなど他の光触媒活性がほとんどないものでもよく、また、ビーズのように直径数mmの物でも良い。これは、原材料のTiOR2(Rはアセチルアセトン)を水およびエタノール(50:50)に2〜10質量%溶解した溶液にアルミナからなる金属酸化物微粒子(粒径16nm)を適量混合し乾燥後、100〜500℃で適時熱処理しさらに粉砕する等により適切な二次形状とすることにより形成される。
【0077】
自然乾燥したのみの塗布膜は、水、有機溶剤などに溶解し膜強度も非常に弱いが、それを、低温(100℃〜500℃)の熱処理により部分的に原材料を熱分解して光触媒膜を形成する。
【0078】
この光触媒体によれば、金属酸化物微粒子の表面上記光触媒膜を形成したので、実用的な膜強度と耐久性を有し、かつ光触媒膜単体であっても非常に高い分解性の光触媒膜が低温で得られ、例えば、そのままで溶液系での被分解物の分解、あるいはこの微粒子を基体上に膜、粒子などに堆積して適切な2次形状として光触媒体として利用することができる。
【0079】
また、光触媒体は、基体と;基体にMO(MはSi、Zr、Al、Gaにうちの少なくとも一種)層を5〜150−nm形成したものの表面上に光触媒膜を形成したものであってもよい
【0080】
MOにおいて、MはSi、Zr、Al、Gaにうちの少なくとも一種または、それらの混合物であり、基体上に形成される。また、Y/Xを0.02〜0.2の範囲とすることが特に高い分解性を有する光触媒体とすることができる。
【0081】
このようなMO層はSi、Zr、Al、Gaにうちの少なくとも一種もしくはそれらの混合物のアルコキシド、キレートおよびそれらの変生態を溶解したものを塗布し乾燥させることによって形成することができる。このとき膜厚が5〜150nmが良好である。例えば、Zrアセチルアセトナートを1〜5wt%アルコールに溶解したものを塗布し150℃に加熱することによってZrCを膜厚70nmに形成することができる。
【0082】
この光触媒膜によれば、基体表面状態に敏感でありその状態によって成膜性および分解性のむら、低下が発生しやすい光触媒膜の表面状態によらずに成膜性および分解性のむらおよび低下を抑制することができる。
【0083】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【0084】
図1は、本発明の第1の実施形態における光触媒体の断面を拡大して示す概念的模式図である。
【0085】
各図において、10は光触媒体、1は基体、2は光触媒膜である。基体1は、厚さ3mm、一辺の長さが約50mmの矩形板状ソーダライムガラスから構成されている。
【0086】
本実施形態の光触媒膜は、Ti、O、Cを主成分としたアモルファス酸化チタン系の金属化合物から成膜されている。
【0087】
この光触媒膜2の形成方法について説明する。
【0088】
例えばTiOR(Rはアセチルアセトン(C572))を水およびエタノール(50:50)からなる溶媒に2〜10質量%溶解した溶液を調製し、この溶液を基体1に塗布して自然乾燥する。
【0089】
こうして得られた塗布膜は、水または有機溶剤などに溶解し、膜強度も非常に弱い。しかし、この塗布膜を比較的低温領域(100〜500℃)の熱処理することによって塗布膜の原材料を部分的に熱分解してTi、O、Cを主成分としたアモルファス金属化合物からなる光触媒膜2とする。
【0090】
このように光触媒膜2をTi、O、Cを主成分としたアモルファス金属化合物から形成することにより、実用的な膜強度を備え、耐久性に優れ、かつ非常に高い分解力を有する光触媒膜2を得ることができる。しかも、この光触媒膜2は比較的低温で形成することが可能であるため、基体1の耐熱温度が制約されず、光触媒膜自体が熱劣化することを抑制することができる。
【0091】
このように成膜された光触媒膜2は600℃以下の熱処理であればX線回析によりアモルファス構造を有することが確認された。
【0092】
また、600℃を超える比較的高温領域で熱処理した光触媒膜2をX線回析で観察したところ、光触媒膜2が表面まで格子欠陥が少なく完全結晶に近い酸化チタン(TiO)から構成された状態となり、非常に高い分解力を維持しつつ、より高い基体1への付着強度、膜強度、化学的耐久性を備えた光触媒膜2を得ることができた。
【0093】
また、本実施形態の光触媒膜2は、成膜直後は親水性であるが、そのまま放置するか、あるいは一度水を付着させると水に対する接触角が約70〜90°となり、疎水性を示す。
【0094】
光触媒膜2が疎水性を呈すると、光触媒膜が形成されていない基体表面に比べて汚れ物質、ガスの吸着が低減される。したがって、高い分解力と汚れ付着の低減効果を兼ね備えた光触媒体2を得ることができる。
【0095】
光触媒膜2がTiOR2を水、有機溶剤またはこれらの混合溶液に溶かしたものを主体として塗布し、乾燥または熱処理する場合、Rはアセチルアセトン(C572)、シクロペンタジエニル(C55)またはジピバロイルメタン(C11192)などでも同様の光触媒膜2が形成できる。
【0096】
また、TiOR2を使用する場合、塗膜時の成膜性が悪く、色むらや分解性のむらが発生しやすい。これを改善するたTiOR2のRのうち平均1個以下を別のアルキル基、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基で置換すると高い分解力を維持しつつ成膜性を改善できる。
【0097】
さらに、TiOR2 からなる有機金属化合物Si、Zr、YおよびAlからなる群のうち少なくとも一種のアルコキシド、キレートおよびその変成体を添加させたものを微量(30%以下)混合すると、高い分解力を維持しつつ成膜性を改善できる。
【0098】
また、TiOR2 からなる有機金属化合物に金属酸化物微粒子を少量添加したり、シリコーンまたはその変成物の少量添加しても、同様に高い分解力を維持しつつ成膜性を改善できる。
【0099】
例えばTiOR2(Rはアセチルアセトン(C572))などは、水、または有機溶剤に溶解しかつそれらとの反応性は弱く、これら各種添加材ともほとんど反応しないため少量の添加では分解性などへの影響が少ない。
【0100】
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態については光触媒膜の成膜過程が異なるのみであり、基本的構成は図1と同様であるため同一符号を付して説明する。
【0101】
本実施形態の光触媒膜2も、Ti、O、Cを主成分としたアモルファス酸化チタン系の金属化合物から成膜されているが、成膜用の原材料にチタンアルコキシド(TiOR4)を使用している点で第1の実施形態とは異なる。
【0102】
すなわち、チタンアルコキシド(TiOR4)を成膜用の原材料として使用しても、これをソースとしてN2などの不活性ガスを主体とする雰囲気下において300℃以上で熱分解することによってTi、O、Cを主成分としたアモルファス酸化チタン系の金属化合物からなる光触媒膜2を形成できる。ただし、チタンアルコキシド(TiOR4)を成膜用の原材料として使用する場合には、分解温度(加熱温度)、投入ソース量、添加酸素量を所望条件に調節する必要がある。投入ソース量が少量の場合には、本実施形態の光触媒膜は形成できず、OH基を多量に含んだ従来の酸化チタン膜となってしまう。したがって、従来に比べて数倍から数十倍のソース量を投入し、過飽和に近い状態で熱分解することで本実施形態の光触媒体10が形成できる。
【0103】
また、少量の酸素を雰囲気中に混合させる場合、酸素混入量を調整することにより光触媒膜中のC/O比を制御する。C/O比は1以下にすると光触媒膜2の分解力が良好であり、1を超えると分解力が大幅に低下する。
【0104】
比較的高温領域で熱処理を行う場合には、光触媒膜2の酸化チタンがアナターゼ形の結晶構造となるように熱処理するのが望ましい。酸化チタンには結晶構造としてルチル形とアナターゼ形とがあるが、光触媒作用はアナターゼ形の方が優れていると考えられており、膜強度、耐久性なども向上するためである。
【0105】
しかし、実際にはアナターゼ形にルチル形が混合して形成される場合も多く、それでも実用的な光触媒作用を得ることができるから、本実施形態においては、両者の混合した態様を許容する。
【0106】
なお、本発明の光触媒体はランプとしても適用可能である。この場合、ランプの発光原理は問わない。たとえば、ガラスバルブを基体とした場合にこのガラスバルブ表面上に光触媒膜が形成される。ガラスバルブは、放電媒体を包囲している態様であってもよいし、発光部を内包している発光管をさらに包囲する外管であってもよい。すなわち、ランプは白熱電球、放電ランプなどであることを許容し、白熱電球の場合にはフィラメントが発熱部に、放電ランプの場合には放電によって輝線を発する放電媒体や蛍光体層などが発光部にそれぞれ該当する。また、LEDの場合には発光半導体チップが発光部に、モールド樹脂がガラスバルブにそれぞれ該当するため、広義にはバルブはガラスに限定されない。
【0107】
白熱電球の場合、色温度が高いハロゲン電球の方が一般照明用電球より波長400nm以下の発光割合が高いが、一般照明用の白熱電球であってもよい。
【0108】
放電ランプの場合、低圧放電ランプおよび高圧放電ランプのいずれでもよい。
【0109】
低圧放電ランプとしては、たとえば蛍光ランプがある。蛍光ランプに用いる蛍光体を選択して400nm以下の発光を適当に増加させることができる。このような蛍光ランプは、比較的可視光の低下が少なくて、しかも光触媒体の活性化作用が一般照明用の蛍光ランプに比較して良好なので、光触媒体活性化用のランプとして好適である。しかし、本発明は一般照明用として従来から多用されている三波長形発光の蛍光体やカルシウムハロリン酸塩蛍光体を用いた蛍光ランプであることを許容するものである。
【0110】
また、主として400nm以下の発光を利用する目的の殺菌ランプやブラックライト、ケミカルランプなどをも許容する。一方、高圧放電ランプとしては、たとえば水銀ランプ、メタルハライドランプおよび高圧ナトリウムランプなどであるを許容する。
【0111】
ランプのガラスバルブを基体として光触媒膜を形成しているので、たとえランプが発生する400nm以下の発光量が少なくても光触媒膜を十分に活性化することができる。
【0112】
ランプを用いると、光触媒作用によりガラスバルブに付着するたばこの脂や、ばい煙などの有機質の汚れ物質が分解されるので、ガラスバルブの汚れによる光束低下が少なくなる。このため、長期間にわたって良好な照明を行うことができるとともに、ランプの清掃インターバルを長くすることができる。
【0113】
さらに、ランプが点灯するのに伴って生じる発熱により、ランプの周囲に熱対流が発生じ、室内の空気が対流する。ランプに接触した空気の消臭、殺菌が行われる。したがって、本発明のランプを用いることにより、室内空気を消臭、殺菌することができる。
【0114】
また、本発明の光触媒体は、照明器具として使用することも可能である。照明器具の場合には、照明器具本体の制光手段または反射体を基体とし、この制光手段などの少なくとも一部に光触媒膜を形成すればよい。照明器具は、屋外用および屋内用のいずれでもよい。
【0115】
制光手段は、反射体、グローブ、セード、透光性カバーおよびルーバなどの一種類または任意の複数種類の組み合わせで用いられていることを許容する。また、制光手段の全体に光触媒膜を形成してもよいし、その一部分に形成してもよい。
【0116】
制光手段は、使用によりばい煙やたばこの脂などの有機物からなる汚れがそこに付着すると、照明器具としての光学性能が低下するが、光触媒膜を形成しておくことにより、汚れが分解されるので、光学性能の低下を抑制することができる。
【0117】
また、制光手段に接触した空気中の臭い物質を分解したり殺菌することにより、室内の脱臭、殺菌を行うこともできる。
【0118】
さらに、光触媒体を膜状に形成するだけでなく、粒形状ものをさらに膜状に形成するなど種種に形成でき、用途としては照明器具の他たとえば冷蔵庫、エアコンディショナー、空気清浄装置などに収納できる大きさおよび構造にして、これらの機器に配設することにより、脱臭または殺菌手段とすることもできる。
【0119】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
(1)TiOR 2 (Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物を熱分解するとともにTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように前記基体上に形成されたアモルファス金属化合物からなる光触媒膜を形成した場合、高い分解力を有する光触媒体を低温で形成することができる。
(2)TiOR2 からなる有機化合物を熱分解するとともにTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように前記基体上に形成されたアモルファス金属化合物からなる被膜を600℃を超える温度で熱処理して結晶化された光触媒膜を形成した場合には、光触媒作用の高い分解力により汚れがつき難く、清浄効果の高い光触媒体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1、2の実施形態における光触媒体の断面を拡大して示す概念的模式図。
【符号の説明】
1…基体、2…光触媒膜、10…光触媒体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocatalyst body.
[0002]
[Prior art]
It is known to use a photocatalytic film for deodorizing, antifouling and / or antibacterial.
[0003]
When the photocatalyst film is irradiated with ultraviolet rays and absorbs the light energy, electrons and holes are generated in the semiconductor that constitutes the photocatalyst film and exhibits a photocatalytic action. Electrons and holes react with oxygen and water on the film surface to generate active oxygen and other active radicals, and are said to be oxidized and reduced by decomposing organic contaminants and odorous components.
[0004]
Of the substances having photocatalytic activity, titanium oxide is currently most promising. This is because titanium oxide has a remarkable photocatalytic action, is a safe and industrially reasonable price, and can be obtained in a necessary amount.
[0005]
In recent years, attention has been focused on the usefulness of photocatalytic films, and active efforts are being made to form photocatalytic films on a wide range of articles such as building materials, lighting fixtures, and lamps.
[0006]
Although there are various methods for producing a photocatalytic film, a so-called dip method and an ultrafine particle dispersion coating method are generally used.
[0007]
The so-called dip method is a method in which a metal alkoxide constituting a photocatalyst film is applied to a substrate, for example, when the photocatalyst film is titanium oxide, a coating solution containing titanium alkoxide is applied and baked at a temperature of 400 to 500 ° C. This is a method of forming a film. The photocatalyst film obtained by this production method is durable because of its excellent film strength.
[0008]
The ultrafine particle dispersion coating method is a method in which a photocatalytic film is obtained by coating a substrate with a water-soluble dispersion in which photocatalytic ultrafine particles such as titanium oxide are dispersed in a solution made of water, alcohol, or the like, and baking it. . The photocatalytic film obtained by this production method has high crystallinity and excellent photocatalytic properties.
[0009]
If the photocatalyst film obtained by the so-called dip method is not baked at a high temperature for a long time, there is a problem that the crystallinity on the film surface is insufficient and the photocatalytic property is low. In the case where the substrate is a soft glass such as soda lime glass, the glass has a relatively low softening temperature and cannot be fired at a required high temperature, so that it is difficult to obtain sufficient photocatalytic properties.
[0010]
Further, when the photocatalyst film is formed by the above manufacturing method, the photocatalyst film mainly composed of titanium oxide is larger in refractive index than that of glass. There is also a problem that the rate decreases.
[0011]
On the other hand, in the ultrafine particle dispersion coating method, it is difficult to obtain sufficient adhesion to the substrate, and when an organic binder is used, cracks are likely to occur in the binder. When cracks occur in the binder, there is a problem that the transmittance decreases due to white turbidity. The applicant improved the photocatalyst film formation by the ultrafine particle dispersion coating method, and formed the metal oxide ultrafine particles formed on the substrate and the porous metal oxide composed of the Si compound on the underlying layer. In the photocatalyst formed with the photocatalyst film mainly composed of the ultrafine particles of titanium oxide, the metal oxide ultrafine particles contained in the underlayer are made of an oxide of Al, Zr, and Si, and the average particle size is 10 to 40 nm. And a photocatalyst having a molar ratio of 40 to 90% has been filed. In addition, an application has been filed to provide a highly functional photocatalyst that further improves the decomposition effect of such a photocatalyst, and a lamp and a luminaire using the photocatalyst, which have high decomposition characteristics.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, even with such a photocatalyst having high decomposition characteristics, high decomposition characteristics are still required. Moreover, there is no need for sintering at a high temperature as in the prior art, and the selection range of the substrate on which the photocatalyst film is formed is not narrowed, and the photocatalyst body is firmly bound while maintaining good compatibility with the substrate. In addition, a photocatalyst having high film strength and excellent scientific durability has been pursued.
[0013]
In addition, such a high-decomposable photocatalyst is highly decomposable, but also has a high adsorptivity to dirt substances and gases, and depending on the use conditions, the amount of dirt attached is more than the amount decomposed by the photocatalytic action. In this case, it has been found that the desired effect cannot be obtained. In addition, if there is a region where light is not irradiated with a desired intensity on the photocatalyst film, the region has a larger amount of dirt and gas than the portion where the photocatalyst film is not formed. There is.
[0014]
The adhesion of this dirt is affected by the surface state of the photocatalytic film. A highly decomposable photocatalyst has a high hydrophilicity in the film itself, and the photocatalytic film having a higher hydrophilicity tends to have higher dirt adhesion and adsorbability.
[0015]
  The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photocatalyst that has high degradability and can suppress adhesion and adsorption of dirt substances.
[Means for achieving the object]
  The photocatalyst of claim 1 comprises a substrate; TiOR2Organometallic compound comprising (R is a chelate compound)Is applied to the surface of the substrate, and the TiOR is applied by heat treatment in a temperature range of 100 to 500 ° C. 2 Organometallic compound consisting ofAnd a photocatalytic film made of an amorphous metal compound formed on the substrate so as to have a C / O ratio of 1 or less. And
[0016]
In the present claims and the following claims, the definitions and technical meanings of terms are as follows unless otherwise specified.
[0017]
As a result of various studies on the material for forming the photocatalyst film, the present inventor has found that the photocatalyst film is very high by making Ti, O, and C, which have not been known so far, the main component and the C / O ratio being 1 or less. It has been found that it has a decomposing power and can be formed at a low temperature. In addition, by performing heat treatment of this photocatalyst film at a relatively high temperature, a photocatalyst film mainly composed of titanium oxide having excellent film strength, adhesion strength to the substrate, and durability can be obtained while maintaining high decomposition power. I also discovered that. In particular, the average C / O ratio of the entire film is in the range of 0.01 to 0.3, and the C / O ratio on the surface is particularly preferably 0.1 or less. This is presumably because if the C content is increased, light is absorbed by the photocatalytic film and the transmittance of the film decreases. For this reason, said range became the optimal value.
[0018]
The substrate supports the photocatalyst film, and is allowed to be a functional material formed not only for the purpose of supporting the photocatalyst film but also for other functions not originally intended for supporting the photocatalyst. To do. Examples of the functional material used as the substrate include building materials such as tiles, window glass, and ceiling panels, kitchen and sanitary equipment, home appliances, lighting equipment, deodorizing or dust collecting filters, and the like. In addition to those listed above, a desired member can be used as the substrate as long as it can exhibit a photocatalytic action.
[0019]
Examples of the base material include metals, glass, ceramics (including porcelain), ceramics, stones, synthetic resins, and wood. However, since the photocatalytic film is formed by thermal decomposition, the substrate needs to have heat resistance that can withstand the heating temperature during the thermal decomposition. By this thermal decomposition, the photocatalyst film is firmly fixed to the substrate.
[0020]
Further, the photocatalyst is provided with a photocatalytic function by forming a base having a particle size of 1.0 μm to several hundreds μm made of metal, metal oxide, ceramics, etc., and forming a photocatalytic film on the surface of the particle. It can be a granular material. The particulate material having a photocatalytic function can be used as a deodorizing filter for an air purifier or used as an additive for a water purifier, or can be mixed into a paint to form a photocatalytic coating agent. Further, it is allowed to dispose the particles so as to form a film.
[0021]
When the substrate is formed by baking the photocatalyst film at a high temperature, the substrate needs to have heat resistance capable of withstanding the baking.
[0022]
The C / O ratio can be controlled by adjusting the amount of oxygen mixed in the atmosphere during film formation, but may be controlled by other methods.
[0023]
Experiments have confirmed that when the C / O ratio of the photocatalyst film is 1 or less, the resolving power of the photocatalytic film is good, and when it exceeds 1, the resolving power is greatly reduced.
[0024]
  Photocatalysts using amorphous titanium oxide have not been known so far, but have been found to have a very high decomposing power and can be heat-treated at a relatively high temperature. It was possible to obtain a photocatalyst film having good adhesion strength to the film, substrate, and durability while maintaining the above.Therefore, according to invention of Claim 1, it is possible to maintain the decomposition power of a photocatalyst film in a high state..
[0025]
  The photocatalyst of claim 2 comprises a substrate; TiOR2Organometallic compound comprising (R is a chelate compound)Is applied to the surface of the substrate, and the TiOR is applied by heat treatment in a temperature range of 100 to 500 ° C. 2 Organometallic compound consisting ofAnd heat-treating a film made of an amorphous metal compound, which is mainly formed of Ti, O, and C and has a C / O ratio of 1 or less, at a temperature exceeding 600 ° C. And a photocatalyst film that has been converted into a photocatalyst film.
[0026]
  Claims 1 and 2The photocatalytic film acts as follows.
(1) A photocatalytic film having high photocatalytic activity can be obtained by drying or firing in a relatively low temperature region.
(2) By subjecting the photocatalytic film of (1) to heat treatment in a relatively high temperature region (above 300 ° C.), titanium oxide (TiO 2)2), A photocatalytic film that maintains higher decomposability, has high adhesion strength to the substrate and high film strength, and has chemical durability.
(3) The compatibility between the substrate and the photocatalyst film is good, and the photocatalyst film can be firmly bound to the substrate.
(4) It has been confirmed that the surface of the photocatalyst is hydrophobic in a normal state. By providing this hydrophobic property, adhesion and adsorption of dirt substances and gases are greatly reduced.
[0027]
  Claims 1 and 2According to the invention, since the photocatalyst film is formed from the amorphous metal compound mainly composed of Ti, O, and C, a photocatalyst having a high decomposing power can be formed at a low temperature.
[0028]
  The photocatalyst of claim 2 isMade of amorphous metal compoundCoveredCrystallize film by heat treatmentdidThe main feature is titanium oxide. Crystallization allows anatase structure, rutile structure and mixtures thereof.
[0029]
  Claim2According to the invention, since the photocatalyst film made of an amorphous metal compound containing Ti, O, and C as a main component is heat-treated, the photocatalyst film is crystallized, while maintaining a high decomposition force, A photocatalyst having high film strength and chemical durability can be obtained.
[0030]
  Claims 1 and 2Photocatalyst ofIsThe photocatalytic film is TiOR2(R is a chelate compound)Consist ofFormed by pyrolyzing organometallic compoundsRu.
[0031]
This photocatalytic film is TiOR2It can be formed by applying a solution obtained by dissolving (R is a chelate compound) in water, an organic solvent or a mixed solution thereof under a desired condition, followed by drying or heat treatment. It is also possible to form a solution based on an organic titanium compound such as titanium alkoxide by a CVD method under specific conditions, and to perform thermal decomposition.
[0032]
  Claims 1 and 2Photocatalyst ofIs, Amorphous metal compound is TiOR2It is formed by thermally decomposing an organometallic compound using (R is a chelate compound) as a raw material.
[0033]
  TiOR2(R is a chelate compound)Consist ofAmorphous metal compound mainly composed of Ti, O, and C obtained by pyrolyzing organometallic compoundFormed fromAlthough it was confirmed by experiments that the photocatalytic film has extremely high photocatalytic activity, the detailed mechanism by which the photocatalytic activity becomes high is unknown.
[0034]
However, it is considered that the amount of OH groups produced on the surface particularly affects the photocatalytic activity during the photocatalytic film formation process. Titanium alkoxide (TiOR)FourIn the case of forming a photocatalyst film using as a raw material, first, a hydrolysis reaction partially occurs, and a large number of OH groups are formed.2). The conventional photocatalyst film thus formed contains a large amount of OH groups, and many crystal defects are generated.
[0035]
  In contrast, the TiOR of this claim2(R is a chelate compound)By pyrolyzing an organometallic compound consisting ofIn the case of film formation, this raw material hardly undergoes hydrolysis reaction and is directly thermally decomposed, which is considered to be because the amount of OH groups produced is very small.
[0036]
  The photocatalyst of claims 1 and 2 comprisesAmorphous metal compoundFormed fromThe photocatalytic film is TiOR2 Consist ofSince it is formed by pyrolyzing the organometallic compound, the photocatalytic activity can be further increased.
[0037]
  Claim3Claims1 or 2In the photocatalyst described, TiOR2 Consist ofOrganometallic compoundsInA photocatalytic film is formed by adding at least one of a group consisting of Si, Zr, Y, and Al or a mixture thereof, an alkoxide, a chelate, and a modified product thereof.
[0038]
  Claim3According to the invention of TiOR2 Consist ofOrganometallic compoundsInAlthough at least one alkoxide, chelate, and its modified substance are added from the group consisting of Si, Zr, Y, and Al, the photocatalytic film contains C, although some absorption in the visible region occurs. The film formability and photocatalytic activity can be improved.
[0039]
  the aboveIn the photocatalyst, TiOR2 Consist ofAdd metal oxide fine particles to organometallic compoundsMay.
[0040]
  thisAccording to TiOR2 Consist ofSince metal oxide fine particles are added to the organometallic compound, the film forming property and the photocatalytic activity can be improved.
[0041]
  Claim4Claims1Or3In any one photocatalyst body, TiOR2 Consist ofA silicone resin or a modified product thereof is added to an organometallic compound.
[0042]
  Claim4According to the invention of TiOR2 Consist ofSince a silicone resin or a modified product thereof is added to the organometallic compound, the film formability and photocatalytic activity can be improved.
[0043]
  Claim5Claims1Or4In any one photocatalyst body, TiOR2 Consist ofBy pyrolyzing organometallic compounds in an atmosphere mainly composed of inert gasTi, O, C as the main components, so that the C / O ratio is 1 or lessA photocatalytic film is formed.
[0044]
  Claim5According to the invention of TiOR2 Consist ofSince the organometallic compound is thermally decomposed in an atmosphere mainly containing an inert gas, the photocatalytic activity can be maintained while improving the film formability.
[0045]
  Claim6Claims1Or5In any one of the photocatalyst bodies, R is acetylacetone (CFiveH7O2), Cyclopentadienyl (CFiveHFive) Or dipivaloylmethane (C11H19O2) At least one kind.
[0046]
  Claim6According to this photocatalyst body, it is possible to form a photocatalyst film with a chelate compound that is relatively inexpensive and easy to handle.
[0047]
  the aboveIn the photocatalyst, TiORxR ’y(R: chelate compound, R ′: alkyl group, hydroxyl group, alkoxy group or carboxy group), and x + y = 2 and y ≦ 1May.
[0048]
TiORxR ’yOf the chelate compound (R) bonded to titanium oxide (TiO) is substituted on one chelate compound (R ′) with an alkyl group, a hydroxyl group, an alkoxy group or a carboxy group, so that the substrate surface is wetted. This improves the adhesion and improves the adhesion of the film and the film formability. Thus, as a method of substituting one chelate compound (R), a known chemical reaction can be used.
[0049]
  ThisAccording to the photocatalyst body, TiORxR ’yOf the chelate compounds (R) bonded to titanium oxide (TiO), one of the chelate compounds (R ′) is substituted with an alkyl group, a hydroxyl group, an alkoxy group or a carboxy group. The wettability is improved and the film adhesion and film formability can be improved.
[0050]
  the aboveIn the photocatalyst, TiOR2 Consist ofAn organic metal compound is dissolved in a solvent, and further TiO2AlO3, SiO2A photocatalytic film is prepared by applying a solution prepared by dispersing at least one ultrafine particle selected from the above to a substrate and then performing thermal decomposition.May form.
[0051]
  TiO2AlO3, SiO2The at least one kind of ultrafine particles selected from the above has an average particle diameter of 2 to 100 nm, preferably 4 to 10 nm. TiO2AlO3, SiO2At least one kind of ultrafine particles selected from the group consisting of TiOR and a solution dispersed in an organic solvent such as water or ethanol2 Consist ofAn appropriate amount is mixed with an organometallic compound. The mixing ratio at this time is titanium oxide TiO.2The mass conversion ratio of the material of the formed film is converted to TiO2/ TiOR2Is preferably ¼ to 4/5.
[0052]
  Thus, TiOR2 Consist ofTiO as organometallic compound2AlO3, SiO2By mixing an appropriate amount of at least one kind of ultrafine particles selected from the above, the film formability can be improved and the visible light transmittance can be increased. This is TiO2AlO3, SiO2It is considered that at least one kind of ultrafine particles selected from the above is dispersed and mixed in the photocatalytic film, so that the difference in the mixed refractive index is reduced and the light interference is reduced.
[0053]
  the aboveAccording to the photocatalyst, TiOR2 Consist ofTiO as organometallic compound2AlO3, SiO2Since an appropriate amount of at least one kind of ultrafine particles selected from the above is mixed, the film formability of the photocatalyst film is improved and the visible light transmittance can be increased.
[0054]
  Also,The photocatalyst is a base; a photocatalyst film mainly composed of Ti, O, and C formed on the base and having a C / O ratio of 1 or less.2AlO3, SiO2At least one kind of ultrafine particles selected from the above are mixed, and the amount thereof is 30 to 90 wt% as the oxide equivalent amount of the photocatalyst film.May be.
[0055]
The photocatalyst film mainly composed of Ti, O, and C has advantages such as forming a photocatalyst having high decomposing power at a low temperature as in claim 1, but the transmittance is reduced due to the effect of containing C, etc. A bug is raised. Therefore, as a result of examining various additives, TiO2AlO3, SiO2By mixing at least one kind of ultrafine particles selected from the above, the transmittance was high and high decomposability was exhibited, particularly TiO.2The oxide film is reduced to 30 to 90 wt% as an oxide reduction, so that the property film is good, the film can be formed at a low temperature, and a photocatalyst having a high transmittance can be formed.
[0056]
  The photocatalyst isThe film thickness of the formed photocatalyst is 30 to 350 nm and the average visible light transmittance of 500 to 600 nm is 86% or more.Preferably.
[0057]
  This is due to the high C content.catalystMembranes are required for membrane permeability and photocatalytic degradation performance because light is absorbed by the membrane and membrane permeability decreases.ThicknessStipulatedAboveDefine the transmittance. Thus, the C content necessary for the activation of the photocatalyst is defined by the transmittance.
[0058]
  This photocatalystTherefore, by defining the transmittance at the film thickness necessary for the decomposition performance of the photocatalyst, the optimal decomposition performance of the photocatalyst can be obtained.
[0059]
  Claim7Claims 1 to6In any one of the photocatalyst bodies, the photocatalyst film is hydrophobic.
[0060]
Here, “hydrophobic” means that the contact angle with water is 60 ° or more in an equilibrium state in an air atmosphere.
[0061]
The surface of the film containing titanium oxide as a main component varies somewhat depending on the production method, but generally has a hydrophilic contact angle of about 45 to 50 ° or less, and is irradiated with ultraviolet rays. In some cases, the contact angle is further lowered to become hydrophilic.
[0062]
As described above, a film containing titanium oxide as a main component generally has a strong hydrophilic tendency, and a photocatalytic film having higher hydrophilicity tends to have higher adhesion and adsorption of dirt.
[0063]
  Inventor is TiOR2 Consist ofThe photocatalytic film formed by pyrolyzing organic compounds has a hydrophobic surface, which greatly reduces the adhesion of dirt and provides very high decomposition characteristics.Butfound.
[0064]
The details of the mechanism that exhibits hydrophobicity are unknown, but the photocatalytic film is formed by thermal decomposition without hydrolysis, so that the titanium oxide is close to a perfect crystal with few defects up to the film surface, and the OH group It seems that it is difficult to combine.
[0065]
When the surface of the photocatalyst film is hydrophobic, adhesion and adsorption of dirt substances and gases are greatly reduced, and the photocatalyst film has high decomposition characteristics, so that the cleaning effect of the photocatalyst is further promoted. In particular, the photocatalyst film of the photocatalyst according to claim 10 is hydrophilic immediately after film formation, but exhibits a hydrophobicity with a contact angle with respect to water of about 70 to 90 ° when left as it is or when water is attached thereto.
[0066]
  Claim7According to the invention, when the photocatalyst film is hydrophobic, the adsorption or adhesion of dirt substances and gases is reduced even when compared with the substrate surface on which the photocatalyst film is not formed. It can be set as the photocatalyst body provided with both the effects which suppress adhesion of a substance.
[0067]
  the aboveIn the photocatalyst, the substrate has a porous surfacePreferably.
[0068]
  the aboveIn the photocatalyst, a porous metal oxide film is formed on the substrate, and a photocatalyst film is formed on the surface of the porous metal oxide film.May.
[0069]
It has been found that the photocatalytic properties are further improved by forming a photocatalytic film made of an amorphous metal compound mainly composed of Ti, O, and C when a metal, ceramics or the like is used as a base and the surface is porous. In this case, even if the film thickness of the photocatalyst film is as small as several nanometers to several tens of nanometers, the decomposability becomes very high.
[0070]
For example, silica (SiO 2)2) And alumina (Al2OThreeThe same effect can be obtained even when a porous metal oxide film made of, for example, is formed.
[0071]
In the dip method using a general organic titanium compound or the like, the photocatalytic activity is almost lost at a constant film thickness, for example, 10 nm or less, whereas the photocatalytic film of the present invention maintains a relatively high photocatalytic activity even at a film thickness of 10 nm or less. For example, even if it was 2 to 3 nm, it was only slightly reduced. This seems to be due to the fact that the surface area of the photocatalytic film increases because the substrate has a porous surface.
[0072]
  This photocatalystTherefore, by making the substrate surface porous, a photocatalyst having high photocatalytic activity can be obtained even if the film thickness is reduced.
[0073]
  the aboveIn the photocatalyst body, the substrate is metal oxide particles, and a photocatalyst film is formed on the particle surface.May.
[0074]
When the photocatalyst film is fired in a relatively low temperature region, the SO in the atmospherexOr NOxFor example, the photocatalytic activity may be reduced. Such a decrease in photocatalytic activity is greatly improved by high-temperature heat treatment, but the substrate material is limited because high-temperature heat treatment is required.
[0075]
Therefore, for example, silica (SiO2) And alumina (Al2OThreeThese are improved by forming a photocatalyst layer on the surface of the metal oxide particles consisting of, for example, and directly or by depositing the metal oxide particles on the substrate, and a photocatalyst with high photocatalytic activity can be obtained. .
[0076]
The metal oxide fine particles may be not only titanium oxide fine particles of 4 to 100 nm which are usually used, but also those having almost no other photocatalytic activity such as glass, alumina and zirconia, and those having a diameter of several mm such as beads. But it ’s okay. This is the raw material TiOR2A suitable amount of metal oxide fine particles (particle size: 16 nm) made of alumina are mixed in a solution of 2 to 10% by mass (R is acetylacetone) dissolved in water and ethanol (50:50), dried, and then heat treated at 100 to 500 ° C. in a timely manner. Further, it is formed by forming a suitable secondary shape by pulverizing or the like.
[0077]
A coating film that has only been naturally dried dissolves in water, organic solvents, etc., and its film strength is very weak. However, the photocatalytic film is obtained by partially thermally decomposing the raw material by heat treatment at a low temperature (100 ° C. to 500 ° C.). Form.
[0078]
  This photocatalystAccording to the surface of metal oxide fine particlesInSince the photocatalyst film is formed, a photocatalyst film having practical film strength and durability and having a very high decomposability even when the photocatalyst film is used alone can be obtained at a low temperature. It can be used as a photocatalyst in the form of an appropriate secondary shape by decomposing a substance to be decomposed or by depositing the fine particles on a substrate on a film or particles.
[0079]
  The photocatalyst is, Substrate; MO on substrateXCY(M is at least one of Si, Zr, Al, and Ga) A photocatalytic film was formed on the surface of the layer formed at 5 to 150-nm.May be.
[0080]
MOXCYIn the above, M is at least one of Si, Zr, Al, and Ga, or a mixture thereof, and is formed on the substrate. Moreover, it can be set as the photocatalyst body which has especially high decomposability to make Y / X into the range of 0.02-0.2.
[0081]
MO like thisXCYThe layer can be formed by applying and drying at least one of Si, Zr, Al, and Ga in which alkoxide, chelate, and their metamorphosis are dissolved. At this time, the film thickness is preferably 5 to 150 nm. For example, ZrC can be formed in a film thickness of 70 nm by applying Zr acetylacetonate dissolved in 1 to 5 wt% alcohol and heating to 150 ° C.
[0082]
  thisAccording to the photocatalyst film, unevenness in film formability and decomposability, which is sensitive to the surface state of the substrate, and suppresses unevenness and decrease in film formability and decomposability regardless of the surface state of the photocatalyst film, which is likely to be deteriorated. be able to.
[0083]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0084]
FIG. 1 is a conceptual schematic diagram showing an enlarged cross section of a photocatalyst body in the first embodiment of the present invention.
[0085]
In each figure, 10 is a photocatalyst body, 1 is a substrate, and 2 is a photocatalyst film. The substrate 1 is made of rectangular plate-shaped soda lime glass having a thickness of 3 mm and a side length of about 50 mm.
[0086]
The photocatalytic film of this embodiment is formed from an amorphous titanium oxide-based metal compound containing Ti, O, and C as main components.
[0087]
A method for forming the photocatalytic film 2 will be described.
[0088]
  For example,TiOR2(R is acetylacetone (CFiveH7O2)) Is prepared by dissolving 2 to 10% by mass in a solvent composed of water and ethanol (50:50), and this solution is applied to the substrate 1 and dried naturally.
[0089]
The coating film thus obtained dissolves in water or an organic solvent and has a very low film strength. However, a photocatalytic film made of an amorphous metal compound mainly composed of Ti, O, and C is obtained by subjecting the coating film raw material to partial thermal decomposition by heat-treating the coating film in a relatively low temperature region (100 to 500 ° C.). 2.
[0090]
Thus, by forming the photocatalyst film 2 from an amorphous metal compound mainly composed of Ti, O, and C, the photocatalyst film 2 having practical film strength, excellent durability, and very high decomposing power. Can be obtained. In addition, since the photocatalytic film 2 can be formed at a relatively low temperature, the heat-resistant temperature of the substrate 1 is not restricted, and the photocatalytic film itself can be prevented from being thermally deteriorated.
[0091]
It was confirmed that the photocatalyst film 2 thus formed had an amorphous structure by X-ray diffraction if the heat treatment was 600 ° C. or lower.
[0092]
Moreover, when the photocatalyst film 2 heat-treated in a relatively high temperature region exceeding 600 ° C. was observed by X-ray diffraction, the photocatalyst film 2 had few lattice defects to the surface and was close to a perfect crystal (TiO2)2The photocatalyst film 2 having higher adhesion strength to the substrate 1, film strength, and chemical durability was obtained while maintaining a very high decomposing power.
[0093]
In addition, the photocatalytic film 2 of the present embodiment is hydrophilic immediately after the film formation, but if left as it is or once water is attached, the contact angle with respect to water becomes about 70 to 90 ° and exhibits hydrophobicity.
[0094]
When the photocatalyst film 2 exhibits hydrophobicity, the adsorption of dirt substances and gases is reduced as compared with the substrate surface on which the photocatalyst film is not formed. Therefore, it is possible to obtain the photocatalyst body 2 having both a high decomposing power and a reduction effect of dirt adhesion.
[0095]
Photocatalytic film 2 is TiOR2Is applied mainly in water, an organic solvent or a mixed solution thereof and dried or heat-treated, R is acetylacetone (CFiveH7O2), Cyclopentadienyl (CFiveHFive) Or dipivaloylmethane (C11H19O2The similar photocatalyst film 2 can also be formed.
[0096]
TiOR2When using, the film-forming property at the time of the coating film is poor, and uneven color and unevenness of decomposition are likely to occur. TiOR to improve this2When an average of 1 or less of R in the formula is substituted with another alkyl group, hydroxyl group, alkoxy group or carboxyl group, the film-forming property can be improved while maintaining a high decomposing power.
[0097]
  In addition, TiOR2 Consist ofOrganometallic compoundsInWhen a very small amount (30% or less) of a material to which at least one alkoxide, chelate and its modified substance are added from the group consisting of Si, Zr, Y and Al is mixed, the film formability can be improved while maintaining a high decomposing power. .
[0098]
  TiOR2 Consist ofEven when a small amount of metal oxide fine particles is added to the organometallic compound or a small amount of silicone or a modified product thereof is added, the film formability can be improved while maintaining a high decomposition force.
[0099]
For example, TiOR2(R is acetylacetone (CFiveH7O2)) Dissolves in water or an organic solvent and has a low reactivity with them, and hardly reacts with these various additives. Therefore, the addition of a small amount has little effect on the decomposability.
[0100]
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, only the photocatalyst film formation process is different, and the basic configuration is the same as that shown in FIG.
[0101]
The photocatalyst film 2 of the present embodiment is also formed from an amorphous titanium oxide-based metal compound mainly composed of Ti, O, and C, but titanium alkoxide (TiOR) is used as a raw material for film formation.Four) Is different from the first embodiment.
[0102]
That is, titanium alkoxide (TiORFour) As a raw material for film formation,2The photocatalytic film 2 made of an amorphous titanium oxide-based metal compound mainly composed of Ti, O, and C can be formed by thermal decomposition at 300 ° C. or higher in an atmosphere mainly composed of an inert gas. However, titanium alkoxide (TiORFour) As a raw material for film formation, it is necessary to adjust the decomposition temperature (heating temperature), the input source amount, and the added oxygen amount to desired conditions. When the input source amount is small, the photocatalytic film of this embodiment cannot be formed, and a conventional titanium oxide film containing a large amount of OH groups is formed. Therefore, the photocatalyst body 10 of the present embodiment can be formed by introducing a source amount several to several tens of times that of the prior art and performing thermal decomposition in a state close to supersaturation.
[0103]
In addition, when a small amount of oxygen is mixed in the atmosphere, the C / O ratio in the photocatalyst film is controlled by adjusting the oxygen mixing amount. When the C / O ratio is 1 or less, the decomposing power of the photocatalytic film 2 is good, and when it exceeds 1, the decomposing power is greatly reduced.
[0104]
When heat treatment is performed in a relatively high temperature region, it is desirable to perform heat treatment so that the titanium oxide of the photocatalytic film 2 has an anatase crystal structure. Titanium oxide has a rutile form and anatase form as crystal structures, and it is considered that the anatase form is superior in photocatalytic action, and the film strength, durability, and the like are also improved.
[0105]
However, in practice, there are many cases where a rutile form is mixed with an anatase form, and a practical photocatalytic action can still be obtained. Therefore, in this embodiment, a mixed form of both is allowed.
[0106]
The photocatalyst of the present invention can also be applied as a lamp. In this case, the light emission principle of the lamp does not matter. For example, when a glass bulb is used as a substrate, a photocatalytic film is formed on the surface of the glass bulb. The glass bulb may be an embodiment that surrounds the discharge medium, or an outer tube that further surrounds the arc tube containing the light emitting part. That is, the lamp is allowed to be an incandescent bulb, a discharge lamp, etc., and in the case of an incandescent bulb, the filament is a heat generating part, and in the case of a discharge lamp, a discharge medium or phosphor layer that emits a bright line by discharge is a light emitting part. It corresponds to each. In the case of LED, the light emitting semiconductor chip corresponds to the light emitting portion, and the mold resin corresponds to the glass bulb. Therefore, the bulb is not limited to glass in a broad sense.
[0107]
In the case of an incandescent light bulb, a halogen light bulb having a higher color temperature has a higher light emission ratio at a wavelength of 400 nm or less than a light bulb for general lighting, but it may be an incandescent light bulb for general lighting.
[0108]
In the case of a discharge lamp, either a low pressure discharge lamp or a high pressure discharge lamp may be used.
[0109]
An example of the low-pressure discharge lamp is a fluorescent lamp. The phosphor used for the fluorescent lamp can be selected to appropriately increase the emission of 400 nm or less. Such a fluorescent lamp is suitable as a lamp for activating a photocatalyst because it has a relatively small decrease in visible light and has a better activation effect of the photocatalyst than a fluorescent lamp for general illumination. However, the present invention allows a fluorescent lamp using a three-wavelength-type phosphor or a calcium halophosphate phosphor that has been widely used for general illumination.
[0110]
In addition, germicidal lamps, black lights, chemical lamps, and the like for the purpose of mainly using light emission of 400 nm or less are allowed. On the other hand, as the high-pressure discharge lamp, for example, a mercury lamp, a metal halide lamp, a high-pressure sodium lamp and the like are allowed.
[0111]
Since the photocatalyst film is formed using the glass bulb of the lamp as a base, the photocatalyst film can be sufficiently activated even if the amount of emitted light of 400 nm or less generated by the lamp is small.
[0112]
When the lamp is used, since the organic dirt substances such as cigarette fat and soot and the like adhering to the glass bulb are decomposed by the photocatalytic action, the decrease in the luminous flux due to the dirt on the glass bulb is reduced. For this reason, while being able to perform favorable illumination over a long period of time, the cleaning interval of a lamp can be lengthened.
[0113]
Further, heat generated as the lamp is turned on generates heat convection around the lamp and convection of the room air. Deodorization and sterilization of the air in contact with the lamp is performed. Therefore, the indoor air can be deodorized and sterilized by using the lamp of the present invention.
[0114]
The photocatalyst of the present invention can also be used as a lighting fixture. In the case of a luminaire, the light control means or reflector of the luminaire body may be used as a base, and a photocatalytic film may be formed on at least a part of the light control means. The lighting fixture may be outdoor or indoor.
[0115]
The light control means is allowed to be used in one kind or a combination of any plural kinds such as a reflector, a globe, a shade, a translucent cover, and a louver. Further, the photocatalytic film may be formed on the entire light control means, or may be formed on a part thereof.
[0116]
The light control means, when dirt made of organic matter such as smoke or cigarette oil adheres to it, the optical performance as a lighting fixture is lowered, but the dirt is decomposed by forming a photocatalytic film. Therefore, it is possible to suppress a decrease in optical performance.
[0117]
Moreover, indoor deodorization and sterilization can also be performed by decomposing or sterilizing odorous substances in the air that come into contact with the light control means.
[0118]
  Furthermore, not only the photocatalyst is formed into a film, but also the grain shapeofIt can be formed into various types such as forming a film, and as a use, it is sized and structured so that it can be stored in a refrigerator, an air conditioner, an air purifier, etc. in addition to a lighting fixture, and disposed in these devices. It can also be a deodorizing or sterilizing means.
[0119]
【The invention's effect】
  The present invention has the following effects.
(1)TiOR 2 While pyrolyzing the organometallic compound consisting of (R is a chelate compound)Ti, O, C as the main componentAnd an amorphous metal compound formed on the substrate so that the C / O ratio is 1 or less.When a photocatalyst film is formed, a photocatalyst having a high decomposability can be formed at a low temperature.
(2) TiOR2 Consist ofThermal decomposition of organic compoundsIn addition, the film made of an amorphous metal compound, which is mainly formed of Ti, O, and C and has a C / O ratio of 1 or less, is heat-treated at a temperature exceeding 600 ° C. and crystallized.When the photocatalyst film is formed, a photocatalyst having a high cleaning effect can be obtained, which is difficult to be soiled due to the decomposition power having a high photocatalytic action.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual schematic view showing an enlarged cross section of a photocatalyst in first and second embodiments of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate, 2 ... Photocatalyst film | membrane, 10 ... Photocatalyst body

Claims (7)

基体と;
TiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物の溶液を基体表面に塗布し、100〜500℃の温度領域の熱処理によって前記TiOR 2 からなる有機金属化合物を熱分解するとともにTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように前記基体上に形成されたアモルファス金属化合物からなる光触媒膜と;
を具備していることを特徴とする光触媒体。
A substrate;
TiOR 2 (R is a chelate compound) A solution of the organometallic compound consisting of coating the surface of the substrate, Ti with pyrolysis of organometallic compounds comprising the TiOR 2 by heat treatment temperature range of 100~500 ℃, O, C And a photocatalytic film made of an amorphous metal compound formed on the substrate so that the C / O ratio is 1 or less;
The photocatalyst body characterized by comprising.
基体と;
TiOR2(Rはキレート化合物)からなる有機金属化合物の溶液を基体表面に塗布し、100〜500℃の温度領域の熱処理によって前記TiOR 2 からなる有機金属化合物を熱分解するとともにTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように前記基体上に形成されたアモルファス金属化合物からなる被膜を600℃を超える温度で熱処理して結晶化された光触媒膜と;
を具備していることを特徴とする光触媒体。
A substrate;
TiOR 2 (R is a chelate compound) A solution of the organometallic compound consisting of coating the surface of the substrate, Ti with pyrolysis of organometallic compounds comprising the TiOR 2 by heat treatment temperature range of 100~500 ℃, O, C A photocatalyst film crystallized by heat-treating a film made of an amorphous metal compound on the substrate so as to have a C / O ratio of 1 or less at a temperature exceeding 600 ° C .;
The photocatalyst body characterized by comprising.
TiOR2からなる有機金属化合物にSi、Zr、YおよびAlからなる群のうち少なくとも一種のアルコキシド、キレートおよびその変成体を添加させて光触媒膜を形成したことを特徴とする請求項1または2記載の光触媒体。Si organometallic compound consisting TiOR 2, Zr, at least one alkoxide selected from the group consisting of Y and Al, chelates and claim 1 or 2, wherein its modified product is added, characterized in that the formation of the photocatalytic film Photocatalyst body. TiOR2からなる有機金属化合物にシリコーン樹脂またはその変成体を添加させたことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載の光触媒体。The photocatalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein a silicone resin or a modified product thereof is added to an organometallic compound comprising TiOR 2 . TiOR2からなる有機金属化合物を、不活性ガスを主体とする雰囲気中で熱分解することによりTi、O、Cを主成分とし、C/O比が1以下となるように光触媒膜を形成したことを特徴とする請求項1ないし4いずれか一記載の光触媒体。A photocatalytic film was formed by thermally decomposing an organometallic compound composed of TiOR 2 in an atmosphere mainly composed of an inert gas so that the main component was Ti, O, and C, and the C / O ratio was 1 or less. The photocatalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein Rがアセチルアセトン(C572)、シクロペンタジエニル(C55)またはジピバロイルメタン(C11192)のうち少なくとも一種であることを特徴とする請求項1ないし5いずれか一記載の光触媒体。Claim R is characterized in that at least one of acetylacetone (C 5 H 7 O 2) , cyclopentadienyl (C 5 H 5) or dipivaloylmethane (C 11 H 19 O 2) 1 The photocatalyst as described in any one of 5 to 5. 光触媒体が疎水性を呈することを特徴とする請求項1ないし6いずれか一記載の光触媒体。  The photocatalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the photocatalyst is hydrophobic.
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