室内でも使える可視光応答型光触媒を開発
衛生的で快適な生活空間を提供

プロジェクトではこの「窒素ドープ型酸化チタン」の実用化を目指しました。しかし、研究結果は、可視光応答型光触媒の可能性を示すものとして一定の成果はあったものの、窒素ドープ型酸化チタンでは、当初期待されたほどの性能を発揮できなかったため、紫外光型よりも大きな市場を創成できる材料としては不十分と言う結論に達しました。

このことを教訓に、NEDOは、本物の市場拡大につながる新しいプロジェクトの構想に動き出しました。光触媒産業の今後を占うこのプロジェクトのリーダーとして白羽の矢が立ったのが、東京大学工学部、先端科学技術研究センターの橋本和仁教授（後のプロジェクトリーダー：PL）でした。

橋本教授は、光触媒の超親水性の発見に始まり、その特長を生かした応用・実用化をリードしてきた経歴を有する光触媒研究の第一人者です。

こうして、2007年度「循環社会構築型光触媒産業創成プロジェクト」がスタートしました。NEDOと橋本PLは、プロジェクトの事前準備の段階で、開発目標を、以下の三つに絞り込みました。

①高感度光触媒材料の開発
②現場での効果検証と新しい機能の発現
③応用製品の開発

中でも、特に挑戦的と言えるのが、①高感度光触媒材料の開発です。「可視光応答型光触媒活性を既存品の10倍にする」という極めて高い数値目標を不退転の決意で宣言しました。

これは、当時、光触媒関係者から驚きを持って受け止められ、以後、「可視光活性10倍」は、プロジェクトの目標を示す象徴的なフレーズとなりました。

光触媒の第一人者が、プロジェクトを主導、有望材料の量産化を急ぐ

橋本PLは、「可視光活性10倍」を成功させるには、これまでとは違ったメカニズムで機能する光触媒材料の開発が必要だと考えました。

橋本PLが最初に注目した材料は酸化タングステン（WO3）でした。酸化タングステンは、酸化チタンと違い、もともと可視光に反応する材料であることが知られていました。薄い黄色をしているのは、可視光中の青い光（400～460nm付近）を吸収しているためで、この吸収される光をエネルギーとしてうまく活用できれば、光触媒とすることができます。

同社の光触媒開発グループのリーダーである黒田靖さんは、橋本PLから「銅系化合物修飾酸化タングステン光触媒が有望なので、その量産体制を早く確立して、製品化をめざすプロジェクトの各参加企業に提供して欲しい」と依頼されました。

光触媒は、高性能な材料（粉末）が得られても、それを実用的な製品とするのが難しい材料です。なぜなら、光触媒は接触している有機物を分解してしまうので、光触媒を保持するための接着成分（バインダー）も分解してしまい、光触媒自体を製品表面に保持できなくなってしまうからです。

また、光触媒の機能を発現させるためには、バインダーに埋もれないように、光触媒を表面に露出させる必要があり、そこにも厳しい技術障壁がありました。プロジェクト期間内に、新しい可視光応答型光触媒を開発し、その製品化まで達成するには、これまでにない研究開発のスピードが求められました。

黒田さんは、「早く可視光応答型光触媒材料を開発・生産して、製品化を目指す企業へサンプルを提供しなければ、5年間のプロジェクト期間中に最終製品の目途がつけられなくなってしまう、という危機感を常に感じていました」と振り返ります。

橋本PLから可視光応答型光触媒材料の量産化を依頼された黒田さんらは、東京大学をはじめ、当時酸化タングステン系の光触媒を扱っていた研究機関から、酸化タングステンに銅を修飾するノウハウをすぐに学び、約半年でなんとか量産化にこぎ着けることができました。

普通、材料表面に金属を修飾する場合、金属化合物の分散液に、修飾する材料を均一に分散し、十分攪拌、含浸させた後に加熱して水分を飛ばす方法（含浸担持法）が行われています。

「この記者発表の様子は、一般のテレビニュースでも紹介され、大きな反響を呼びました」と黒田さんは言います。「記者発表は、プロジェクトに参加する研究者の士気を高めたと共に、いよいよ商品化に向けてプロジェクトが中盤に突入することを強く印象づけたと思います」

しかし、華々しい成功に見えた酸化タングステン系の光触媒材料の開発も、製品へ適用するには課題が多いことが徐々に判明してきました。

黒田さんは言います。「プロジェクト前半（2009年頃）には、銅系化合物修飾酸化タングステン光触媒が、可視光に対する感度がもっとも高く、実用化の可能性が高いとされていましたが、材料が黄色味がかっているため、製品にもその色が反映してしまうこと、また、アルカリに弱いため使用場所･条件に制約が生じることなどの短所がはっきりとしてきました」

さらに追い打ちをかけるように、酸化タングステンの原料価格が急騰、原材料費が高止まりしたこともマイナス要因となりました。酸化タングステン系の光触媒材料を参加各企業に提供していくうちにいくつかの応用分野では、「プロジェクトとしては、酸化タングステン系の光触媒材料で開発を進めるけれども、最終的に製品化することは難しいだろう」という声がささやかれだしました。

新しいメカニズムに基づき様々な可視光応答型光触媒を試作

このような状況を踏まえて、橋本PLは、「最終製品開発の裾野を広げるには、やはり酸化チタンをベースとした可視光応答型光触媒材料が必要だ」との考えに至りました。

そのころ、橋本PLは、既に「界面電荷移動」と「酸素多電子還元触媒」の組み合わせによる新しい可視光応答型光触媒のメカニズムを見出していて、酸化チタンベースでも高感度な光触媒を得ることは可能であるとの確信を持っていました。

こうして、鉄系化合物や銅系化合物を酸化チタン表面に修飾する新しい可視光応答型光触媒の開発が進められることとなりました。

橋本PLによる開発の方向性の転換は、直ちにプロジェクト参加各企業同士でも共有されました。昭和電工セラミックスでは、いち早く新たな光触媒材料の量産化を行い、プロジェクト参画各企業へ配布されました。

「大学での学術的な成果を素材メーカーが量産化し、さらに部材メーカーへ提供するということは、一般的には数年の期間を要します。しかし、今回は、酸化タングステン系光触媒での実績があったため、このプロセスが非常にスムーズに進みました」と黒田さんはじめプロジェクトの関係者は異口同音に語ります。

結果的に、本プロジェクトでは、（1）銅系化合物修飾酸化タングステン光触媒、（2）銅系化合物修飾酸化チタン光触媒、（3）鉄系化合物修飾酸化チタン光触媒の開発に成功し、3種類※の光触媒の特性を生かした研究開発が進められることになりました。

※3種類の光触媒については、プロジェクト活動の中で十分な安全性試験が行われており、いずれも人体に悪影響を及ぼすことがないという結果を得ています。

新しい光触媒の誕生！～3触媒の特長～

「可視光活性10倍」を達成、銅系化合物修飾酸化タングステン光触媒

それでは、本プロジェクトで開発された新しい三つの高感度光触媒の特色や利用例にはどのようなものがあるのでしょうか。

最初に誕生した高感度の可視光応答型光触媒「銅系化合物修飾酸化タングステン光触媒」は、パイロットプラントによる量産化に成功後、現在では300kg/月（コート剤換算で東京ドームの屋根全体を加工できるほどのスケール）まで生産能力を上げることができました。しかし、コート剤など最終製品に応用するには、依然として色みの問題など、いくつかの制約が残されています。

一方、銅系化合物修飾酸化タングステンは、大気汚染やシックハウス症候群の原因として使用・排出の規制が厳しくなっている、「VOC」（揮発性有機化合物）の分解活性が極めて高いことがはっきりしてきました。

とくに、有機物分解については、従来の窒素ドープ型酸化チタンの約16倍の分解活性能力があることが実証されました。

光触媒コート剤メーカーの日本曹達株式会社では、こうした分解活性能力の高さや、原料量産体制の成熟を受けて、本プロジェクトと協力し、銅系化合物修飾酸化タングステン光触媒原料のコート剤化に成功しました。市場での実売に向け準備を進めています。

ただし、この還元作用を安定して起こすことも（製造することも）一筋縄ではいきませんでした。黒田さんらは、銅と酸化チタン光触媒の組み合わせを幾度も試行錯誤することで、可視光でも安定して抗ウイルス性能を発揮し続ける銅系化合物修飾酸化チタン光触媒の生産に成功しました。

また、新たな発見もありました。銅系化合物修飾酸化チタン光触媒は、光の無い暗所でもある程度の抗ウイルス効果を示したのです。もともと、光をエネルギーに効果を発揮するので「光触媒」と呼ばれるようになった経緯からすれば、とても考えつかないことでした。

抗ウイルス効果は、抗菌効果よりも研究の歴史も浅く、最近になってようやく数種類の抗ウイルス材料が知られるようになってきたばかりです。

ですから、本プロジェクトにおいて、可視光応答型光触媒に抗ウイルス効果があり、しかもその性能がきわめて高いことが見出された点は、注目を集めています。