By Normand Brais, P.Eng, M.A.Sc, Ph.D.
共通酸化チタンベース触媒を使用。 TiO2
化学では、PCOは触媒の存在下で光反応を促進させることです。 触媒を用いた光分解では、吸着した基材に光が吸収される。 光触媒活性は、触媒が電子-正孔対を生成し、酸化反応を起こすことができるフリーラジカル（ヒドロキシルラジカル：OH）を生成する能力に依存する。 酸化チタンによる水の電気分解の発見以来、その解明が進んでいる。 5079>
酸化チタン、特にアナターゼ型は紫外線のもとで光触媒となる。 最近、二酸化チタンに窒素イオンを混ぜたり、三酸化タングステンのような金属酸化物をドープしたものも、可視光や紫外線下で光触媒となることが分かってきた。 正孔の強い酸化力により、水を酸化してヒドロキシラジカルを生成する。 また、酸素や有機物を直接酸化させることもできる。 酸化チタンは、殺菌、脱臭、防汚のために塗料、セメント、窓、タイルなどに添加され、加水分解触媒としても使用されています。 この技術を空気中で長期間使用した結果、PCOは徐々に減衰し、1年以内にその酸化力のほとんどを失うことが確認されました
酸化チタン中和剤としてのシリカの効果は、日焼け止め業界ではよく知られています。 物理的遮断剤を使用したすべての日焼け止めは、その強い紫外線吸収能力から酸化チタンを含んでおり、その結果、紫外線が皮膚に到達するのを防ぎます。 幼児や敏感肌の人のために設計された日焼け止めは、しばしば二酸化チタンおよび／または酸化亜鉛をベースにしています。これらのミネラル紫外線遮断剤は、アボベンゾンのような化学紫外線吸収剤成分よりも皮膚刺激を起こしにくいからです。
しかし、光触媒反応の活性によって皮膚に発癌性ラジカルが発生しないよう、日焼け止めに使われる二酸化チタンの粒子はシリカで故意にコーティングされたものになっています。 シリカの添加は、酸化チタンの光触媒特性を効果的に中和し、日焼け止めを無害なものにします。
シリカはコーキングなど家庭用やその他多くの材料に普通に含まれているので、PCO酸化チタンはシリカで汚染され、3ヶ月でその活性を半分に失います。 つまり、6ヵ月後には50％、9ヵ月後には25％、1年後には12.5％までしか効率が下がらないのです。 これでは、空気清浄機として十分な性能を発揮することができない。 5079>
新しいコバルト光触媒酸化（Co-PCO）
光触媒酸化によってきれいな空気と水資源を得るために紫外線を使用することは、過去20年にわたって世界中の科学者の目標となっています（1,2,3)。 5079>
PCO触媒は、金属酸化物半導体、通常は酸化チタン（TiO2）からなり、紫外線を吸収して化学反応を開始できる「活性部位」と呼ばれる電子ホール対を生成できるバンドギャップエネルギーを有しています。 酸化チタンPCOの場合、バンドギャップのエネルギーは360nmの光子を中心としており、これはUV-A領域（315-400nm）の中間である。 これは、一般的な殺菌灯のUV-C領域（波長254nm）からかなり離れているため、低圧水銀灯を使用した現在の酸化チタン系PCO空気清浄機の効率が低いことの一因になっている。 この低い効率は、主にホルムアルデヒドなどの有害な副産物の生成につながる。 また、PCOの実用化には、触媒のシリカ被毒による短寿命も重要な障害となる。 シリカは一般的な砂の主成分であり、私たちの生活環境の中に遍在している。 シロキサンは、現在のPCOの失活の根本的な原因として特定されている(4)。 5079>
酸化コバルトの添加による基本的な効果は、触媒のエネルギーバンドギャップを、低圧水銀灯から放射される254nmの光子に近い、より高いエネルギーの光子へとシフトさせることである。 高エネルギーで吸収できるようになったコバルト強化触媒は、家庭用VOC（5,6）を完全に酸化し、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒドなどの不完全な酸化副生成物の一過性の生成を防ぐのに十分な光触媒活性を発揮するようになった。 コバルト触媒の高エネルギー活性バンドギャップは、実際の酸化チタンよりもはるかに広く、シリカの被毒にほとんど影響を受けないことが判明したことは注目に値する。 実際のテストでは、1年間使用してもコバルト触媒の活性に大きな低下は見られませんでした
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