JPH11258206A - 光触媒評価方法および評価装置 - Google Patents

光触媒評価方法および評価装置

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JPH11258206A
JPH11258206A JP10065509A JP6550998A JPH11258206A JP H11258206 A JPH11258206 A JP H11258206A JP 10065509 A JP10065509 A JP 10065509A JP 6550998 A JP6550998 A JP 6550998A JP H11258206 A JPH11258206 A JP H11258206A
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JP
Japan
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surface potential
photocatalytic film
light irradiation
evaluating
atmosphere
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JP10065509A
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English (en)
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Tadashi Shimoyama
正 下山
Naoto Kimura
直人 木村
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒膜の能力を簡便に短時間で評価する技
術を提供する。 【解決手段】 光触媒膜2の能力を評価する方法におい
て、光照射3とともに変化する表面電位を測定すること
によってその能力を評価することを特徴とし、測定雰囲
気を不活性ガス雰囲気と酸素および水蒸気存在雰囲気と
で測定した表面電位の変化を比較すること、または、測
定雰囲気を不活性ガス雰囲気と反応対象化合物存在雰囲
気とで測定した表面電位の変化を比較することが好まし
い。また、その光触媒膜2の能力の評価装置1は、光照
射用光源6と表面電位測定器4からなることを特徴と
し、光照射用光源6と表面電位測定器4とガス雰囲気を
制御できる容器あるいはガス噴出ノズルを備えているこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光触媒膜の能力の評価方
法および評価装置および評価用に用いられる光触媒体に
関する。
【0002】
【従来の技術】光触媒膜の能力を評価する方法として
は、膜自体を反応対象物質が存在する実験系に置き、光
を照射しながら、反応対象物質の濃度変化を調べる必要
があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、反応対象物質
が有害であったり、光触媒膜の製造行程上での品質管理
においては、様々な形状のものがあり、すべてに関して
膜自体を反応対象物質が存在する実験系に置き、光照射
による反応対象物質の濃度変化を調べることは困難であ
る。また、反応対象物と反応させ、その濃度変化を調べ
るためには、試験に長時間を費やしていた。本発明は、
従来の技術の欠点を克服し、光触媒膜の能力を簡便に短
時間で評価する技術を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、光照射とともに変化する表面電位を測定するこ
とによって、本発明を見い出すに至った。 (1)光触媒膜の能力を評価する方法において、光照射
とともに変化する表面電位を測定することによって、そ
の能力を評価することを特徴とする光触媒膜の能力の評
価方法。 (2)測定雰囲気を不活性ガス雰囲気と酸素および水蒸
気存在雰囲気とで測定した表面電位の変化を比較するこ
とにより、その能力を評価することを特徴とする前記
(1)の光触媒膜の能力の評価方法。
【0005】(3)測定雰囲気を不活性ガス雰囲気と反
応対象化合物存在雰囲気とで測定した表面電位の変化を
比較することにより、その能力を評価することを特徴と
する前記(1)の光触媒膜の能力の評価方法。 (4)光照射用光源と表面電位測定器からなることを特
徴とする光触媒膜の能力の評価装置。 (5)光照射用光源と表面電位測定器とガス雰囲気を制
御できる容器あるいはガス噴出ノズルを備えていること
を特徴とする前記(4)の光触媒膜の能力の評価装置。 (6)前記(1)の光触媒膜の能力の評価方法に用いる
ため、あらかじめ対象とする光触媒膜の基板の少なくと
も一部分に外部から接地できる電極を形成しておくこと
を特徴とする光触媒膜の能力評価用の光触媒体。
【0006】本発明の作用を以下に説明する。光触媒に
そのバンドギャップエネルギー以上のエネルギーを持つ
光を照射すると、価電子帯の電子は光励起により伝導帯
に遷る。その時、価電子帯では電子が抜けた正孔が生じ
る。いわゆる、電荷分離である。半導体である光触媒
は、その表面に表面準位が形成される。この準位は半導
体の原子配列の周期性の欠如、あるいは表面特有の原子
配列などにより生じるものである。そのため半導体の表
面近傍のバンドはその表面準位に存在する電荷と釣り合
おうとするために湾曲する。これは光励起により生じた
電子・正孔対にとっては電位勾配として働き、電子と正
孔を引き離し再結合を防ぐ。これによりn型半導体の光
触媒では表面付近には正孔が、p型半導体の光触媒では
表面付近には電子が存在するようになる。
【0007】光触媒作用はこの電子あるいは正孔が表面
に吸着した化合物と作用して、反応を進めさせるもので
ある。よって反応速度は表面の単位面積あたりに存在す
る電子あるいは正孔の量に存在している。そこで、n型
半導体の場合、表面に存在する正孔量を測定すれば、光
触媒能力の判断がつく。この表面に局在した正孔あるい
は電子はその表面上の空間に電場を形成する。この空間
電場を測定すれば、局在キャリア量の度合がわかる。ま
た、不活性ガス、たとえば窒素、ヘリウム、アルゴンガ
スなど、を吹き付けながら測定を行うことにより、表面
に移動してきた正孔や電子などのキャリアを消費せず
に、生成したキャリア量がわかる。
【0008】これに対して、水蒸気が存在する室内雰囲
気中や反応対象化合物が存在するガス、たとえば、アル
デヒド類や芳香族化合物などを含むガス、を吹き付けな
がら同様な測定を行う。これら2つの表面電位の変化を
比較することで、表面で消費されるキャリア量を予測す
ることができる。光照射により生成するキャリア量を効
果的に測定するためには、測定対象とする光触媒膜の全
部あるいは一部の下地に、外部から接地できる電極を形
成しておくと効果的に測定が可能である。この接地した
電極は膜内部に局在した電荷、すなわち、表面に正孔が
局在する系では電子が持つ電荷、を打ち消す。それによ
り表面に局在した電荷のみが空間電場を形成し、測定可
能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】〔実施例〕以下に、本発明の実施
の形態を実施例を用いて更に詳細に検討する。厚さ0.
1mmのチタン板上5に酸化チタン膜2を形成し、サン
プルを作製した。膜2としては、ゾルゲル法により作製
した。膜厚はいずれも300nmに統一した。熱処理の
方法を1つは450℃30分、もう一つは、700℃3
0分で行った。
【0010】これら2種類のサンプルに対して図1の様
な実験配置1で、表面電位の変化を追った。チタン板5
を接地7し、表面電位計4のプローブ8をその光触媒膜
2に接触させ、光照射用光源6からの光3を照射しなが
らその表面電位を測定した。測定は1秒間隔に行った。
初め、サンプルを暗状態に置き、測定開始から10秒後
に光照射を開始し、30秒照射後、再び暗状態にする。
その後も測定を続け、全測定時間は300秒行った。同
様な測定を表面電位計4のプローブ8の先端から窒素を
吹き付けながら行った。その時の両者の変化を図2に示
す。なお、図2中の(a)はゾルゲル法により作製し4
50℃で焼成した酸化チタン膜の結果であり、(b)は
ゾルゲル法により作製し700℃で焼成した酸化チタン
膜の結果を示す。(a)においては、光照射を行ってい
る間及び光照射を停止した後に、大気中と窒素ガス吹き
付けとで表面電位の値に差があり、この差は空気中の酸
素や水蒸気で消費されるキャリア量であると予想でき
る。(b)においては、大気中と窒素ガス吹き付け状態
との間には差がない。
【0011】次に両サンプルの光触媒効果の確認を行っ
た。対象として、水中のジニトロフェノールの光触媒分
解反応を選んだ。500mlビーカーにジニトロフェノ
ール水溶液50mlを入れ、そのビーカーの底にサンプ
ルを上向きにして静置した。光照射用の光源としては超
高圧水銀ランプを用い、光のみによるジニトロフェノー
ルの直接分解を避けるため、紫外カットフィルタ(UV
31;波長310nmは50%透過、260nm以下は
透過せず)を通して照射した。光照射とともに水中のジ
ニトロフェノールの濃度変化を追った。結果を図3に示
す。なお、図3中の(a)はゾルゲル法により作製し4
50℃で焼成した酸化チタン膜を用いた場合の結果であ
り、(b)はゾルゲル法により作製し700℃で焼成し
た酸化チタン膜を用いた場合の結果を示す。450℃で
焼成した酸化チタン膜(a)は水中のジニトロフェノー
ルを分解したが、700℃で焼成した酸化チタン膜
(b)は分解できなかった。
【0012】実施例2 厚さ1mmのソーダガラス上に、透明導電膜である酸化
スズを厚さ200nmで被覆した透明導電膜ガラス上に
光触媒膜を形成し、光触媒板を作製した。光触媒膜とし
ては、ゾルゲル法酸化チタン膜(T3 )、微結晶酸化チ
タン分散コーティング液塗布膜(T2 )、過酸化水素酸
化チタン塗布後焼成膜(T1 )の3種類の膜を用いた。
膜厚はいずれも300nmに統一した。これら3種類の
光触媒板に対して、表面電位の変化を追った。表面電位
は1秒間隔に測定した。初め、光触媒板を暗状態に置
き、測定開始から10秒後に光照射を開始し、30秒照
射後、暗状態にし、その後も測定を続け、全300秒の
測定を行った。
【0013】同様な測定を表面電位計のプローブの先端
からヘリウムを吹き付けながら行った。大気中およびヘ
リウムを吹き付けながら行った表面電位の変化で、光照
射を行っている間の表面電位の値に差があり、この差は
空気中の酸素や水蒸気で消費されるキャリア量であると
予想できる。この表面電位の差をΔVとする。次に各サ
ンプルの光触媒効果の確認を行った。対象として、水中
のジニトロフェノールの光触媒分解反応を選んだ。方法
は実施例1と同様な方法で行った。光触媒分解実験より
分解速度定数Kを求めた。表面電位の差をΔVと分解速
度定数Kとの間には、図4のような関係が得られた。
【0014】比較例1厚さ1mmの合成石英(絶縁体)
上に、実施例1と同様の酸化チタン膜を形成し、サンプ
ルを作製した。サンプルの背面に銅板を密着し、これを
接地して表面電位の測定を行った。450℃焼成、70
0℃焼成のサンプルとも、光照射に伴う表面電位の変化
を観測できなかった。上記2つの実施例から、光照射時
における表面電位の変化量で、大気中と窒素ガス雰囲気
での表面電位変化量の差が大きいほど光触媒効果が高い
ことが予測できる。このように表面電位の変化を観察す
ることで、光触媒効果の有無やその大小を評価すること
ができる。さらにそれらは、短時間に非接触で行うこと
ができる。
【0015】
【発明の効果】本発明の方法、装置および能力評価用の
光触媒体によって、光触媒膜の能力を簡便に短時間で評
価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光触媒評価装置の概略図。
【図2】実施例1における表面電位の変化を示すグラフ
である。
【図3】実施例1における光触媒膜を用いた光照射時間
と水中のジニトロフェノール濃度変化を示すグラフ。
【図4】実施例2における表面電位の差ΔVと光触媒分
解実験における分解速度定数Kとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】 1 実験装置 2 光触媒膜 3 光 4 表面電位計 5 チタン板 6 光照射用光源 7 接地 8 プローブ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光触媒膜の能力を評価する方法におい
    て、光照射とともに変化する表面電位を測定することに
    よって、その能力を評価することを特徴とする光触媒膜
    の能力の評価方法。
  2. 【請求項2】 測定雰囲気を不活性ガス雰囲気と酸素お
    よび水蒸気存在雰囲気とで測定した表面電位の変化を比
    較することにより、その能力を評価することを特徴とす
    る請求項1記載の光触媒膜の能力の評価方法。
  3. 【請求項3】 測定雰囲気を不活性ガス雰囲気と反応対
    象化合物存在雰囲気とで測定した表面電位の変化を比較
    することにより、その能力を評価することを特徴とする
    請求項1記載の光触媒膜の能力の評価方法。
  4. 【請求項4】 光照射用光源と表面電位測定器からなる
    ことを特徴とする光触媒膜の能力の評価装置。
  5. 【請求項5】 光照射用光源と表面電位測定器とガス雰
    囲気を制御できる容器あるいはガス噴出ノズルを備えて
    いることを特徴とする請求項4記載の光触媒膜の能力の
    評価装置。
  6. 【請求項6】 請求項1の光触媒膜の能力の評価方法に
    用いるため、あらかじめ対象とする光触媒膜の基板の少
    なくとも一部分に外部から接地できる電極を形成してお
    くことを特徴とする光触媒膜の能力評価用の光触媒体。
JP10065509A 1998-03-16 1998-03-16 光触媒評価方法および評価装置 Pending JPH11258206A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002031612A (ja) * 2000-07-14 2002-01-31 Japan Atom Energy Res Inst パルス光励起表面正孔量測定による光触媒性能評価法
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KR20040043895A (ko) * 2002-11-20 2004-05-27 주식회사 유진텍 이십일 광촉매 성능 측정장치 및 광촉매 성능 측정방법
KR100435423B1 (ko) * 2001-12-22 2004-06-10 재단법인 포항산업과학연구원 광촉매 코팅의 방식성능 측정방법
JP2009036652A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Toshiro Kawaguchi 光触媒活性定量測定装置及び光触媒活性定量測定方法

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