抗菌、抗病毒效果

荧光灯的光达到超过99.99%的灭活功能

“光催化剂”是指通过太阳光的光能，分解有机物的污垢，使细菌灭活的材料。1967年，当时是东京大学研究生的藤嶋昭东京理科大学校长/东京大学特别荣誉教授，后来被称为“本多·藤岛效应”，在水制氢的研究中发现的氧化钛（TiO2），是世界上第一个“光催化剂”。

自从藤岛校长发现以来，“光催化剂”作为日本诞生的新技术发展并得到了应用。1995年还发现了光催化剂引起的“光激发亲水化现象”，应用范围进一步扩大。

作为利用了这个光催化剂的切身的例子，被应用于圆顶体育场和体育设施（例·室内网球场）等的白色帐篷膜屋顶的加工。用光催化剂加工的帐篷，即使常年风吹雨打，也不会脏得发黑。

到目前为止，光催化剂几乎都是在室外使用的。这是因为光催化剂要发挥功能，需要太阳光中含有的高能量“紫外光”。

因此，在2007年～2012年NEDO实施的“循环社会构筑型光催化剂产业创成项目”中，为了寻求光催化剂的新的利用方法和应用范围的扩大，进行了荧光灯等室内光也能发挥功能的“新的可见光响应型光催化剂”的研究开发。

结果，即使是能量比紫外光低的可见光，也能在仅仅1小时内使99.99%的细菌和病毒失活的新型“光催化剂”诞生了。应用了这个可见光也发挥功能的光催化剂的商品（涂料等）正在实用化，为了实现卫生舒适的空间的关联产品开始发售。

为了扩大市场规模，不仅是室外，还挑战扩大室内用途

1967年发现光催化剂通过光的能量促进化学反应。现在担任东京理科大学校长的藤嶋昭东京大学特别名誉教授发现，当氧化钛（TiO2）发光时，其表面会发生水（H2O）分解为氧（O2）和氢（H2）的反应，因此加速了氧化钛和光催化剂的研究。

氧化钛，紫外线照射的话发挥强的氧化力，表面的化学结构变化表现超亲水性（非常容易被水淋湿的性质）（图1）。

图4如果可见光响应型光催化剂实用化的话，可以期待在生活的各个方面都能活用，所以预测其潜在需求很大

项目以这个「氮掺杂型氧化钛」的实用化作为目标。但是，虽然研究结果显示了可见光响应型光催化剂的可能性，取得了一定的成果，但由于氮掺杂型氧化钛未能发挥出当初所期待的那样的性能，因此得出了不能作为能够创造比紫外光型更大市场的材料的结论。

以此为教训，NEDO开始构思与真正的市场扩大相关的新项目。东京大学工学部、尖端科学技术研究中心的桥本和仁教授（后来的项目负责人：PL）被选为光催化剂产业今后的领导者。

桥本教授是光催化剂研究的第一人，他从发现光催化剂的超亲水性开始，利用其特长引导应用、实用化。

就这样，2007年度“循环社会构筑型光催化剂产业创成项目”开始了。NEDO和桥本PL在项目的事前准备阶段，将开发目标锁定为以下三个。

①高灵敏度光催化剂材料的开发

②现场效果验证和新功能的发现

③应用产品的开发

其中，特别有挑战性的是①高灵敏度光催化剂材料的开发。以不退转的决心宣言了「使可见光响应型光催化剂活性成为既存品的10倍」的极高的数值目标。

这在当时受到了光催化剂相关人员的惊讶，之后，“可见光活性10倍”成为表示项目目标的象征性短语。

光催化剂的第一人，主导项目，加速有希望的材料的量产化

桥本PL认为，为了使“可见光活性10倍”成功，有必要开发出与以往不同的机制发挥作用的光催化剂材料。

桥本PL最初关注的材料是氧化钨（WO3）。氧化钨与氧化钛不同，原本是与可见光反应的材料。浅黄色是因为吸收了可见光中的蓝色光（400～460nm附近），如果能很好地利用被吸收的光作为能源，可以作为光催化剂。

但是，单独氧化钨的光催化活性极低，难以直接应用于产品。但是，桥本PL等人的研究小组发现，通过在氧化钨的表面修饰铜系化合物，可以显著提高对可见光的灵敏度。然后，这种材料成为项目中的第一个可见光响应型光催化剂。

昭和电工陶瓷株式会社富山工厂（当时，昭和泰坦公司），有着制造微细的氧化钛的技术，实际成果，在此次的项目中，担负着开发，生产光催化剂材料的重要的作用。

图6铜系化合物修饰氧化钛光催化剂的病毒灭活性能（抗病毒效果）

图7利用光催化剂进行病毒灭活的结构

但是，这种还原作用既不能稳定地发生（制造），也不能用普通的方法。黑田等人通过反复试验铜和氧化钛光催化剂的组合，成功生产出了即使是可见光也能稳定发挥抗病毒性能的铜系化合物修饰氧化钛光催化剂。

另外，也有新的发现。铜系化合物修饰氧化钛光催化剂，在没有光的暗处也显示了一定程度的抗病毒效果。原本，因为光对能源发挥效果，所以从被称为“光催化剂”的经过来看，是很难想象的。

抗病毒效果的研究历史比抗菌效果还短，最近才知道几种抗病毒材料。

因此，在本项目中，发现可见光响应型光催化剂具有抗病毒效果，而且其性能极高，这一点备受瞩目。

图8 TOTO中可见光响应光催化剂的产品化图。将适合室内用途的特长和性能设定为开发目标

下吹越先生说明「原来，TOTO在紫外光响应型光催化剂上加上有除臭性能和抗菌功能的材料，作为内部装饰用涂料卖着」。

“通过将该产品中使用的光催化剂置换为此次开发的可见光响应型光催化剂，不仅可以改良为比以往更强的抗菌性能，还可以改良为新的抗病毒性能，以及与LED照明相对应的内部装饰用涂料”（下吹越）

为了将粉末状的光催化剂作为涂料，需要添加作为“基材”的“树脂粘合剂”、用于着色的“颜料”、用于使光催化剂均匀分散的“分散剂”等。

下吹越说：“各种材料混合后，其结果是涂料的粘度上升，稳定性也会变差，但是黑田提供的光催化剂材料完全没有发生这样的问题。”。

昭和电工陶瓷的可见光响应型光催化剂，不仅仅是早期量产化，作为材料也很出色，可以加快应用产品团队的开发速度。

在TOTO进行的抗菌性能试验（左）、无光催化剂的培养皿（中央）和涂布了光催化剂的培养皿

接着，TOTO开始着手评价使用可见光响应型光催化剂制作的涂料的性能。

下吹越说：“光催化剂涂料的性能根据光催化剂和树脂粘合剂的相容性而变化。这次，铜系化合物修饰氧化钛光催化剂表现出了最高的抗菌、抗病毒性能，因此将集中于此进行开发。”。

“但是，对于金黄色葡萄球菌的抗菌性能，使用初期材料的涂料没有什么好的结果”（下吹越）

因此，下吹越首先简单地增加了涂料中光催化剂的量。可是，由于光催化剂的作用树脂受到了损坏，发生了涂饰面象白粉一样的状态（粉刷现象）。

因此，我们决定与TOTO和昭和电工陶瓷共同推进光催化剂材料的改良。

LED的光也充分的抗菌·抗病毒性能实现！

下吹越开发的目标是开发出即使是LED照明光也能发挥充分的抗菌、抗病毒性能，而且也不会引起“阻塞”的可见光响应型光催化剂涂料。

下吹越先生和黑田先生，关于材料改良的方向性进行了好几次商谈。结果表明，通过增加光催化剂上负载的铜系化合物的量，即使减少光催化剂的添加量也能充分抑制金黄色葡萄球菌，也不会发生絮凝。

但是这次，由于修饰后的铜系化合物涂装后的状态变化，涂膜的颜色发生了变化的现象。这种颜色变化是可见光响应型光催化材料常见的现象，但不能继续作为产品销售。因此，下吹越先生委托黑田先生稳定材料的颜色变化。

就这样，TOTO和昭和电工陶瓷两家公司合作，在反复试验和实证的同时，能够超越几个难题，“内部装饰用可见光响应型光催化剂涂料”正在产品化。

图9涂布可见光响应型光催化剂的地板材料的验证试验。证实了高抗菌效果（上）和随之产生的防臭效果（下）

开发目标适应光催化剂特性大转换

该公司核心技术开发中心环境构件开发小组的三木慎一郎先生说：“因为松下从事住宅建材事业，所以作为室内用光催化剂能否实现VOC（挥发性有机化合物）的分解、防污、气味对策等。”。但是，现在的产品中使用的可见光响应型光催化剂不能得到充分的空气净化性能，所以首先，为了制作应用了抗菌、抗病毒性能的产品而转向了。目标是为医院和老人保健设施提供比以往更卫生安全的环境。

因此，松下决定开发即使是现有的建筑物也不需要大规模施工，在任何地方都能轻松使用的透明涂层剂（薄膜片等）。为了将可见光响应型光催化剂材料作为涂层剂，三木先生向黑田先生要求的是光催化剂粉末的微细化。

三木先生说明。“如果光催化剂的粒径在100nm以下，涂薄就可以形成透明的膜。为了不使微细的光催化剂粉末凝聚，需要配合分散剂，与树脂复合。问题是为了显示充分的抗菌、抗病毒效果，应该配合多大程度的光催化剂。开发的涂布剂是形成的。”的涂膜表面，光催化剂的粒子密密麻麻地覆盖着（图10）。这样可以有效地捕捉光线。另外，为了即使光催化剂的量如此多，涂层也能保持足够的强度，我们在连接材料的树脂上下了功夫“

松下开发的涂布了可见光响应型光催化剂的透明薄膜。从剥离片上剥离，粘贴在需要的地方即可使用

在公共空间的实证试验中实现效果实证～70%～80%的抗菌效果～

松下，关于胶卷，在实际空间也验证了那个抗菌·抗病毒效果。三木他们在验证之前，观察了去机场和医院的人的动向，探索了在哪里贴胶卷是最合适的。

并且，作为许多人通过，触摸的地方，选择医院的接待柜台（横滨市立大学附属医院），机场等候大厅的手推车的把手（新千岁机场）等，贴上了用可见光响应型光催化剂材料做成的透明薄膜。结果显示，无论是医院还是机场，抗菌效果都达到了70%～80%（图11）。

三木先生说“向医院等显示这个结果的话，会让人非常感兴趣。但是，仅仅是细菌和病毒减少的数字，感觉产品的冲击力有点弱。如果能显示院内感染减少的结果的话，会更有说服力。”。

图11松下可见光响应型光催化剂薄膜的实证试验及其效果

“桥本PL描绘的成功方程式”

录下会议内容

本项目开发了三种可见光响应型光催化剂。此外，2014年，应用产品开始在市场上流通。

产生这样的成果的背景，桥本PL制作了的，项目的体制有重要的钥匙。其中之一，进行基础研究的大学和进行应用探讨的企业的研究人员，从一开始就一起活动，支撑了项目。

大学和公共研究机关的研究人员进入项目的事，科学被证实了的材料开发成为可能。并且，结合了基于新机制的可见光响应型光催化剂的开发。

在此基础上，通过使光催化剂材料改良、量产化的昭和电工陶瓷、参与产品开发的TOTO、松下等共存于一个项目中，从素材的开发、提供到部件的适用流程顺利进行（图12）。

另外，桥本PL不仅仅是形状，为了让这个体制在真正的意义上良性循环也下了功夫。通常，虽说是该项目的参与者，但来自企业的参与者倾向于尽量减少企业之间的信息交换。

图12桥本PL构想、构筑的项目研究开发体制

但是，在本项目中，桥本PL从一开始就要求项目相关的所有负责人每两周去东京大学参加会议。黑田等人回顾说，当初，这对散布在日本各地的负责人来说是很大的负担，真心话是“希望原谅我”的气氛。

但是，黑田先生说那个状况渐渐变了。“最初，我是以交往的感觉，一个人参加了会议，来到这里，就能和光催化剂最尖端技术相关的人们交谈，所以认识到这是非常重要的信息交换场所。”

“所以随着项目的推进，也开始积极地带着公司内的其他成员一起去了。另外，每两周见一次面，自然而然地，除了打招呼以外也会聊天，一起吃午饭，也建立了人际关系。”（黑田）

TOTO的下吹越和松下的三木也感受到了同样的变化和效果。三人说，在这样的交流中，企业间的隔阂变低了，互相建立了信赖关系，通常也会说不跟其他公司说的技术性的话。

另外，桥本PL为了不在例行会议上发生权利关系的问题，在保密和知识产权的处理方面与各公司签订了合同，并且，为了知道讨论中谁是真正的提案者，将会议的内容全部录音。

但是，下吹越说：“实际上，在专利等方面一次也没有发生过问题。”。

“桥本PL在确立严格的规则的基础上，考虑到进行真心话的讨论，但从结果来看，这破坏了各公司负责人的本公司优先的想法，创造了很高的信赖感，与为了达成目的的合作关系相连”（下吹越）

作为创造光催化剂产业的伙伴团结一致挑战！

项目于2012年结束，以本技术的普及为目标的成员构筑了财团，现在合作关系也在继续。

黑田、下吹越、三木异口同声地说：“这是桥本PL的提案，今后我们也想继续这种关系。”。

3人表示，通过这个项目经历了巨大的变化。双方在项目之前也见过面，不过，是「推销光催化剂的素材的立场」和，「产品化·评价的立场」的关系，如果不能得到预想的效果，发展到那个以上的关系。

图13 NEDO项目产生的可见光响应型光催化剂相关企业的财团