前述の結果から、複合化光触媒はZスキームが作動していることを裏付けることが可能である。WO3の価電子帯準位、伝導帯準位はそれぞれ+3V (vs. NHE)、+0.3V(vs. NHE)であり、CuBi2O4の価電子帯準位、伝導帯準位はそれぞれ+1V (vs. NHE)６）、-0.5V(vs. NHE)６）であり、酸化作用を示すWO3の伝導帯準位は還元作用を示すCuBi2O4の価電子帯準位よりも0.7Vと十分にネガティブ側にあるので、可視光照射によりWO3の伝導帯準位に励起された電子はCuBi2O4の価電子帯に移動して、価電子帯に生成した正孔と結合して消失する。

 

これよりWO3の伝導帯に残存した正孔は酸化作用を行い、一方CuBi2O4の伝導帯に残存した電子は還元作用を行うことにより、可視光応答性が発現すると考えられる。

 

また複合化光触媒WO3/CuxBiyOz及びWO3/CuOにおいても可視光応答性が発現したことから、CuxBiyOz及びCuOの価電子帯準位はWO3の伝導帯準位よりもポジティブ側に位置していることが推測される。次に複合化光触媒の中で最も高感度可視光応答性を示したのは、WO3/CuBi2O4であった。

 

この要因として、以下の四つが考えられる。

①WO3とCuBi2O4の光励起の量子収率がより近い値となっている。

②WO3の伝導帯準位とCuBi2O4の価電子帯準位の差が0.7Vと十分あり、WO3で励起された電子がCuBi2O4に移動する効率は極めて高い。

③WO3とCuBi2O4との電子的接触面積が大きく、WO3で励起された電子CuBi2O4に移動する割合が高い。

④CuBi2O4で光励起された電子の還元力を大きい。CuOはCuBi2O4よりも長波長光を吸収し、バンドギャップは1.2eVと狭窄化している。

 

 

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【機能】：材料、素材の製造

【適用製品】：建築部材、自動車部材、空気・水浄化用部材

【目的】：可視光での電子移動が速やかに進行し高い光触媒活性を発現し、建築部材、自動車部材、又は空気・水浄化用部材として極めて有用な新規な酸化タングステン光触媒体およびその効率的な製造方法の提供。

 

【効果】：本技術によれば、鏡、レンズ、板ガラス等の基材の表面に本技術に係る光触媒体を形成させることで表面を高度に親水化することができ、曇りや水滴形成を防止する防曇効果を発揮することができる。また、表面に付着した有機物を分解する効果により、表面が汚れるのを防止し、または表面を自己浄化（セルフクリーニング）し、若しくは容易に清掃する技術にも適用できる。

 

【技術概要】：

この技術では、光触媒体は、電子帯および伝導帯のレベルが酸化タングステンの価電子帯および伝導帯のレベルよりも高く、バンドギャップが２．８ｅＶよりも狭い酸化物を含む部材の上に、電荷移動を促進する物質を含む透明で多孔質な部材が形成され、更にその上に、酸化タングステンを含む多孔質な部材を備える。

 

本技術の光触媒体では酸化タングステンを含む多孔質な部材が表面に露出するように用いる。粒子状の場合、中心部に酸化物を含む部材、界面部に電荷移動を促進する物質を含む透明で多孔質な部材が形成され、表面に酸化タングステンを含む多孔質な部材で形成される。そして、酸化タングステンのバンドギャップは２．５ｅＶ～２．８ｅＶで、可視光を吸収することができる。

 

また、下層にある酸化物のバンドギャップは２．８ｅＶ以下と酸化タングステンよりも狭いため、酸化タングステンで吸収できなかった更に長波長側の可視光を吸収することができる。この際、界面層にある電荷移動を促進する物質は可視光に対して透明であり、光を遮ることなく、下層の酸化物層を有効に光励起することができる。

 

 

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ｎ型半導体WO3とｐ型半導体CuxBiyOzを質量混合比で2:1として調製した複合化光触媒の可視光吸収特性は以下のようになる：WO3はバンドギャップが2.7eVであり、吸収端は460nm付近に存在する。複合化光触媒の吸収端は800～900nm付近に存在し、吸収端の長波長シフトはｐ型半導体に起因する。

 

複合化光触媒におけるガスクロマトグラムのピーク面積比CO2/ N2の可視光照射時間依存性実験結果は：いずれの複合化光触媒においても、可視光照射時間に伴って、CO2濃度が増加しており、可視光応答性を示すことが明らかになった。

 

それぞれp型半導体単独、ｎ型半導体単独におけるピーク面積比CO2/N2の可視光照射時間依存性実験結果は：いずれの半導体も単独では、全く可視光応答性を発現しなかった。

 

ｐ型半導体では可視光吸収により生成する正孔の酸化力が弱く、ｎ型半導体では可視光吸収により生成する電子の還元力が弱いと考えられ、両者とも単独では電子－正孔の再結合が優先的に起こると考えられる。

 

 

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その意味で、この戦略は、「可視光応答性はでるが、紫外光照射下での活性が低下する」という『諸刃の剣』であるという認識がひろがり、業界ではすこし閉塞感がただよっていた。そんななかで、著者らの研究室では、酸化タングステンに微量の白金ナノ粒子を担持させると、可視光照射下で水中や空気中の有機化合物を効率よく分解することを発見した。

 

作用スペクトル（光反応の効率＝みかけの量子収率の波長依存性）を測定してみると、そのかたちが酸化タングステンの拡散反射スペクトルとほぼ一致しているので、酸化タングステンが光を吸収して反応が起こっていることはまちがいない。

 

しかし、酸化タングステンは酸素を還元できないはず、これが「光触媒の常識」ではなかったか。励起電子が光触媒のなかに蓄積すると、バンド全体が押しあげられて伝導帯下端が上昇することが活性発現の理由かもしれないとも思ったが、白金を担持させても、たとえば脱気したメタノール水溶液からの水素発生はやはり進行しない。

 

そうなると、白金担持酸化タングステン系では酸素の還元が1電子過程ではないと考えざるをえない。

 

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