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こうざぶろうさかわ
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1 新高感度可視光応答光触媒 Cu 2+ / WO 3 プロジェクトリーダー東京大学大学院橋本和仁

2 酸化チタンコーティング建築材料雨水 1. 光誘起分解反応 2. 光誘起親水化反応紫外光セルフクリーニング抗菌抗かび防曇効果 TiO 2 タイルガラステントプラスティック金属コンクリート etc

3 PVC fabric Paint PET film Glass

4 Marunouchi building Chubu international airport Pyramid of Louvre Osaka Terminal Building

5 Cricket Stadium in Dubai Football Stadium in Dullas Football Stadium in Taiwan) Church in Rome

6 ナノ粒子酸化チタンコーティング材料セルフクリーニング抗菌防曇洗剤薬品を使わないで機能発現環境に優しい材料

7 光触媒関連市場の現状と将来見通し光触媒基礎研究の歴史 1972 年本多藤嶋効果発見 1980 年有機物分解と水分解 ( 坂田川合 ) 1990 年防汚抗菌 ( 橋本藤嶋 ) 1994 年抗菌タイル実用化 (TOTO) 1996 年超親水性 ( 橋本藤嶋 TOTO) 市市場規模 ( 億円 ) 1000 出典 : 光触媒製品フォーラム資料 (2004 年実績 ) 米国 EU 国内場急成長を開始'95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 ( 年度 ) 2001 年可視光応答光触媒の発見中国の技術開発の追い上げも急海外市場の拡大技術は着実に進歩してきたしかしこのままでは国内は 1000 億円で頭打ちか?

8 光触媒製品の販売高 ( 推定 ) General merchandise Market transition of photocatalysis products その他 Etc. 生活用品 6.50% 0% Home 浄化機器 appliance 23% 外装材 60% 内訳販売高 ( 億円 ) 路資材内装材 2% 8% Road materials Exterior & interior material

9 光触媒関連市場生活用品その他浄化機器 7% (13%) 3% (1%) 19% (17%) 外装材 61% (57%) 道路資材 1% (2%) 内装材 9% 光触媒製品の分野別事業規模 (2006 年度 ) 注 :( ) 内は2005 年度の割合出典 : 光触媒製品フォーラム資料

10 浄化機器 23% 生活用品 0% その他 6.50% 外装材 60% 路資材 2% 内装材 8%

11 更なる市場拡大のために機能要因可視光感度 10 倍へ紫外光感度 2 倍へ室内用途拡大が期待できる産業用途拡大が期待できるコスト要因作製プロセスの革新でコーティングコスト高を解消市場要因医療福祉分野を含む幅広い分野への展開きちんとした評価基準をつくり良い製品のみを市場に供給研究課題 ( サイエンスに遡り基礎からのチャレンジで技術革新 ) サイエンスにまで遡った研究革新的高感度光触媒開発文科省科学研究費成果の連携活用理論設計された触媒材料の開発光触媒の反応性向上革新的コーティングプロセス開発結晶面配向制御表面構造制御など複数元素のドーピングなど業種間を超えた企業 ( 材料コーティング材装置メーカー ) の協同作業

12 光強度用途の圧倒的な拡大へ光触媒反応のはやさ ( 活性 ): 光強度吸光度反応効率一定既存研究 ( 限界 ) サイエンスに遡り基礎からチャレンジ酸化チタン光触媒の吸光度特性窒素ドープ型光触媒太陽光室外窓際窒素ドープ型光触媒本プロジェクトで開発する高性能触媒吸光度吸光度特性の向上酸化チタン蛍光灯 ( 10) 光強度室内吸光度と反応効率の向上セルフクリーニング防曇高度な抗ウィルス抗菌院内感染防止 ( 内装材ファブリック ) 空気浄化建材 (VOC 除去防臭 ) ( 天井材壁紙内装材 ) 波長 / nm 1 10 可視光感度 3

13 光触媒関連市場の現状と将来見通し光触媒基礎研究の歴史 1972 年本多藤嶋効果発見 1980 年有機物分解と水分解 ( 坂田川合 ) 1990 年防汚抗菌 ( 橋本藤嶋 ) 1994 年抗菌タイル実用化 (TOTO) 1996 年超親水性 ( 橋本藤嶋 TOTO) 市市場規模 ( 億円 ) 1000 出典 : 光触媒製品フォーラム資料 (2004 年実績 ) 米国 EU 国内場急成長を開始'95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 ( 年度 ) 2001 年可視光応答光触媒の発見市場規模を 2 兆 8000 億に拡大へ! サイエンスと市場の協同中国の技術開発の追い上げも急海外市場の拡大技術は着実に進歩してきたしかしこのままでは国内は 1000 億円で頭打ちか?

屋外外装窓建材室内内装建材 ( クリーンルーム病院研究室 ) 環境清浄化システム東大先端研を集中研究室とし高度研究開発を産官学協同東大先端研を集中研究室とし高度研究開発を産官学協同大学 ( 研究者大学 ( 研究者 PD PD 院生 ) 企業 ( 研究者 ) の垣根を越えた交流でイノベーション人材育成も院生 ) 企業 ( 研究者 ) の垣根を越えた交流でイノベーション人材育成も

14 屋外外装窓建材室内内装建材 ( クリーンルーム病院研究室 ) 環境清浄化システム東大先端研を集中研究室とし高度研究開発を産官学協同東大先端研を集中研究室とし高度研究開発を産官学協同大学 ( 研究者大学 ( 研究者 PD PD 院生 ) 企業 ( 研究者 ) の垣根を越えた交流でイノベーション人材育成も院生 ) 企業 ( 研究者 ) の垣根を越えた交流でイノベーション人材育成も 1 光触媒共通サイエンスの構築 1 光触媒共通サイエンスの構築固体物理をベースとした材料設計固体物理をベースとした材料設計理論計算に基づく触媒機能設計理論計算に基づく触媒機能設計 2 光触媒共通基盤技術の研究開発 2 光触媒共通基盤技術の研究開発結晶面配向制御結晶性向上表面修飾など結晶面配向制御結晶性向上表面修飾などコーティング層表面ナノ構造制御などコーティング層表面ナノ構造制御など金属アニオンの共ドープ金属錯体の担持など金属アニオンの共ドープ金属錯体の担持など 3 高感度光触媒材料の開発 3 高感度光触媒材料の開発紫外光感度 :2 倍向上可視光感度 :10 倍向上紫外光感度 :2 倍向上可視光感度 :10 倍向上循環社会構築型光触媒産業創成プロジェクト循環社会構築型光触媒産業創成プロジェクト商品化商品化拡大が見込まれる光触媒関連市場拡大が見込まれる光触媒関連市場約 2 兆 8000 億円約 2 兆 8000 億円上流酸化チタンメーカー中流コーティング剤メーカー下流内装材メーカー下流外装材メーカー下流浄化装置メーカー H19 (2007) 2030 H23 (2011) H27 (2015) 上流酸化チタンメーカー抗ウィルス抗ウィルス高感度可視光材料高感度可視光材料超撥水/超親水変換超撥水/超親水変換新機能材料新機能材料耐久性向上耐久性向上 VOC低減 VOC低減水処理/廃液浄化水処理/廃液浄化複合処理複合処理土壌浄化土壌浄化 PFC処理/資源回収 PFC処理/資源回収 VOC低減 VOC低減新分野開拓新分野開拓省エネ省エネ低コスト化低コスト化都市冷却都市冷却超撥水超撥水( 新市場新産業の創出 / 安心安全環境調和型社会の形成 )

15 ーケッティング科学的発見の経済社会的価値への転換のためにマ基礎応用研究の繰り返し基礎研究応用研究経済的価値の創造基礎応用製造プロセス研究マーケッティングインタラクションの場

16 シリコン太陽電池の原理ナノ微粒子酸化チタン光触媒反応の原理還元反応伝導帯酸化力の尺度 0 紫外光 1 塩素可視光 λ < 1000 nm λ< 380nm + 価電子帯 2 3 過酸化水素オゾン光励起酸化チタンナノ粒子酸化反応光触媒大変強い酸化力

17 Interfacial charge transfer (IFCT) Hush et.al., Electrochim. Acta, 1968, 13, 1005 Sutin et. al. JPC, 2005, 109, JPC, 2006, 110, 界面電荷移動 (IFCT) 窒素ドープ型 C. B. TiO 2 M n+ /M (n-1)+ O 2 Visible light O 2 O 2- C. B. e TiO 2 Visible light + V. B. Oxidation V. B. Oxidation

18 Interfacial charge transfer (IFCT) Hush et.al., Electrochim. Acta, 1968, 13, 1005 Sutin et. al. JPC, 2005, 109, JPC, 2006, 110, 界面電荷移動 (IFCT) 色素増感 ( グレッツェル型 ) C. B. TiO 2 M n+ /M (n-1)+ O 2 Visible light O 2 O 2- C. B. e TiO 2 Visible light Oxidation + V. B. Oxidation V. B.

19 Photocatalytic Decomposition of Iso-propanol with Cr/TiO 2 CO2 concentration / ppm Visible light on CO 2 Acetone Irradiation time / h Acetone concentration / ppm Q.Y ~ 2% for visible light

20 HO 2 CB e - e V 0.0 V O 2 M n+ /M (n-1)+ H 2 O 2 2e - O 2 H 2 O 4e - O V 1.23 V TiO 2 E g = 3.2 ev 3.0 V VB h +

21 Multi-Electron Oxygen Reduction with Enzyme Multi copper oxidase(mco) Solomon et. al Acc. Chem. Res. 2007, 40, Type2 Type1 Type3 Solomon et al JACS 2005

22 Schematic Illustration of Cu II Ions Grafted on TiO 2 HO O Cu OH Cu TiO 2 O Cu O O 2 +2H + or 4H + OH O Cu OH OH OH Cu O OH OH Multi-electron transfer catalyst Cu OH OH H 2 O 2 or H 2 O

23 Photocatalytic Decomposition of Iso- Propanol with Cu Ⅱ -TiO 2 CO 2 /μmol (A) CO 2 Acetone Visible light on Acetone /μmol Irradiation time / h Q.Y.=8.8%!! Chem Phys Lett.,

24 HO 2 O 2 e V CB 0.0 V e - e - CB 0.15 V Cu II /Cu I H 2 O 2 2e V O 2 H 2 O 4e V TiO 2 E g = 3.2 ev WO 3 E g = 2.6 ~ 2.8 ev O V VB h + VB h + vs. SHE at ph = 0

25 Photocatalytic Decomposition of Iso- Propanol with Cu Ⅱ -WO 3 Very Efficient Q. Y. = 17 %!! Chem Phys Lett.,

26 Comparison of Reaction Rates for Iso-propanol decomposition Vis. Absorp. (400~530nm) Q.Y. (%) Relative Reaction Rate Vis. light F.L. light TiO 2-x N x Ti-Ce(MCM-41) Cr/TiO Cu/TiO Cu/WO

27 光強度用途の圧倒的な拡大へ光触媒反応のはやさ ( 活性 ): 光強度吸光度反応効率一定既存研究 ( 限界 ) サイエンスに遡り基礎からチャレンジ酸化チタン光触媒の吸光度特性窒素ドープ型光触媒太陽光室外窓際窒素ドープ型光触媒本プロジェクトで開発する高性能触媒吸光度吸光度特性の向上酸化チタン蛍光灯 ( 10) 光強度室内吸光度と反応効率の向上セルフクリーニング防曇高度な抗ウィルス抗菌院内感染防止 ( 内装材ファブリック ) 空気浄化建材 (VOC 除去防臭 ) ( 天井材壁紙内装材 ) 波長 / nm 1 10 可視光感度 3

28 WO 3 /Cu 2+ 可視光活性 10 倍を達成!!!

1 光触媒の発見と展開 2 ハイドロテクト 3 知財 (IP) 4 標準化 5 ブランディング 6 まとめ 2

光触媒のイノベーション Innovation of Photocatalysis 14. DEC. 2017 TOTO LTD. HIDEKI KOBAYASHI 1 光触媒の発見と展開 2 ハイドロテクト 3 知財 (IP) 4 標準化 5 ブランディング 6 まとめ 2 1 光触媒の発見と展開 2 ハイドロテクト 3 知財 (IP) 4 標準化 5 ブランディング 6 まとめ 3 1. 光触媒の発見と展開