(57)【要約】【課題】光触媒活性が良好であり、しかも、膜厚の調整が容易であって、かつ、安価に製造することが可能な光触媒体を提供する。【解決手段】酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなるチタン化合物５１の粒子の表面に、電荷分離物質５２を担持させた。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなるチタン化合物の粒子の表面に、電荷分離物質を担持させたことを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
前記チタン化合物は、ＸＰＳで分析される５３０ｅＶのピーク面積に対する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下であることを特徴とする請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
前記チタン化合物の粒子に対する前記電荷分離物質の被覆率が５〜１０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の光触媒体。
【請求項４】
酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、且つ、ＸＰＳで分析される５３０ｅＶのピーク面積に対する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物を含んでいることを特徴とする光触媒体。
【請求項５】
発光管と、この発光管に設けられた請求項１乃至４いずれか一記載の光触媒体とを具備することを特徴とする蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光の照射により光触媒効果を発現可能な光触媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒体としては、紫外線を吸収して光触媒効果を発現するものが知られている。アナターゼ型酸化チタンは、バンドキャップエネルギーが３．２ｅＶであり、このバンドキャップエネルギーから、波長に換算して３８０ｎｍ以下の光（紫外線）を吸収して光触媒効果を発現することが知られている。一方、ルチル型酸化チタンは、バンドキャップエネルギーが３．０６ｅＶであり、アナターゼ型酸化チタンよりもバンドキャップエネルギーが若干小さく、波長に換算して４１０ｎｍ以下の光（紫外線）を吸収して光触媒効果を発現することが知られている。
【０００３】
これに対し、近年、光触媒体の分野では、屋内などの紫外線が微弱な環境での使用や、非常に微弱な光が照射された場合の光触媒活性の向上といった観点から、４１０ｎｍ以上、すなわち、可視光領域の光であっても光触媒活性を発現する光触媒体が望まれている。
【０００４】
可視光領域の光で光触媒活性を発現する光触媒体としては、酸化チタン結晶の酸素サイトの一部を窒素原子またはイオウ原子で置換、酸化チタン結晶の格子間に窒素原子またはイオウ原子をドーピング、あるいは、酸化チタン結晶の多結晶集合体の粒界に窒素原子またはイオウ原子を配してなるチタン化合物が知られている。この光触媒体は、５００ｎｍ以下の光を吸収して光触媒効果を発現する。
【０００５】
ところが、この光触媒体は、可視光のみで得られる光触媒活性が紫外線で得られる光触媒活性と比べて低い。しかも、この光触媒体は、光励起して分かれた電子と正孔との間で電荷再結合が生じる確率が高いため、光触媒活性が失われ易い。
【０００６】
そのため、酸化チタン結晶の酸素サイトの一部を窒素原子またはイオウ原子で置換、酸化チタン結晶の格子間に窒素原子またはイオウ原子をドーピング、あるいは、酸化チタン結晶の多結晶集合体の粒界に窒素原子またはイオウ原子を配してなるチタン化合物からなる膜の表面に電荷分離物質を担持させた光触媒体が提案されている。この光触媒体は、基板上にスパッタリングにてチタン化合物膜を形成し、その表面にさらに電荷分離物質をスパッタリングすることで形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２０５１０３号公報（段落０００７〜段落００５１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の光触媒体は、上述のように、基体上にチタン化合物をスパッタリングするとともに、さらにチタン化合物膜の表面に電荷分離物質をスパッタリングすることによって形成されている。つまり、特許文献１に記載の技術では、光触媒体を形成するために、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備が必要となる。したがって、製造コストが嵩み、光触媒体が高価なものとなり易い。しかも、スパッタリング法では、オングストロームオーダーの微粒子を飛ばして成膜を行うため成膜速度が遅い。したがって、特許文献１に記載に技術では、光触媒体の形成（成膜）に時間がかかるため、膜厚の厚い光触媒膜の形成が実際上困難である。
【０００８】
なお、特許文献１に記載の技術では、酸化チタン化合物膜の表面に電荷分離物質をスパッタリングによって担持させているため、電荷分離物質による電荷分離効果は、酸化チタン化合物膜の表面付近にしか及ばない。したがって、特許文献１に記載の技術では、酸化チタン化合物膜の表面付近で起こる電子と正孔との間の電荷再結合に対しては抑制可能であるが、酸化チタン化合物膜の膜中で起こる電子と正孔との間の電荷再結合を抑制することは殆どできないと考えられる。
【０００９】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、光触媒活性が良好であり、しかも、膜厚の調整が容易であって、かつ、安価に製造することが可能な光触媒体、及び、光触媒体を備えた蛍光ランプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態にかかる光触媒体は、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなるチタン化合物の粒子の表面に、電荷分離物質を担持させている。
【００１１】
「酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなるチタン化合物の粒子」は、窒素原子は、例えば、酸化チタン結晶の格子間に配されたり（酸化チタン結晶の格子間にドープされたり）、多結晶集合体の粒界に配されたり、酸素サイトの一部と置換されたりしている。つまり、ここでいう「窒素原子をドーピングする」とは、窒素原子が酸化チタン結晶の格子間（サイト間）に配された状態とすること、窒素原子が多結晶集合体の粒界に配された状態とすること、窒素原子と酸素原子とが置換された状態とすること、及び、これらが混在している状態とすることを含んでいる。
【００１２】
チタン化合物の粒子のＢＥＴ比表面積値は、７０ｍ２／ｇ以上とするのが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積値が７０ｍ２／ｇ未満であると、ドーピングした窒素原子がチタン化合物から抜け易くなるためである。つまり、ＢＥＴ比表面積値を小さくするとは、例えば、チタン化合物を熱処理することで、このチタン化合物粒子（結晶）を成長させるということを意味している。しかしながら、ドーピングされた窒素原子は、酸化チタンとさほど強固に結合しているわけではないため、特に、酸化チタン結晶の格子間に配されたような窒素原子は、熱エネルギーを与えられることで、チタン化合物から抜けてしまう。チタン化合物から窒素原子が抜けてしまうと、触媒としての効果を低減させてしまうため、あまり好ましくない。
【００１３】
また、チタン化合物の一次粒子の粒径は、１０〜５０ｎｍとするのが好ましく、さらに好ましくは、１０〜２０ｎｍ程度がよい。
【００１４】
ところで、窒素原子をドーピングしたチタン化合物において、ＸＰＳ（X-ray Photoemission Spectroscopy）で分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合は、酸素に対する窒素の置換率を示している。
【００１５】
本発明者の実験によれば、良好な光触媒活性を得るためには、チタン化合物は、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下とする必要があることが分かった。つまり、チタン化合物は、Ｔｉ−Ｎ結合が少ないか、または、Ｔｉ−Ｎ結合を極力有していないものが好ましい。言い換えると、チタン化合物において、窒素原子は、主として酸化チタン結晶の格子間や多結晶集合体の粒界等に配された状態であって、酸素原子とは実質的に置換されていない状態か、或いは、その極一部が置換されている状態であるのが好ましい。
【００１６】
なお、ＸＰＳ分析は、以下の条件で行うものとする。
【００１７】
ＸＰＳ測定機器：アルバックファイ社製「ＰＨＩ  ５８００」
Ｘ線源：Ｍｇ−κ  α線  １２５３．６ｅＶ  ４００Ｗ
測定エリア：０．８ｍｍ
電荷分離物質としては、チタン化合物の粒子の表面に担持させることで、このチタン化合物粒子の電子と正孔との間の電荷再結合を抑制可能な物質を用いることができる。
【００１８】
このような電荷分離物質としては、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属単体のうちの少なくとも１つを含むものを用いることができる。また、電荷分離物質としては、ＳｎＯ２-Ｘを用いることができる。このような物質を電荷分離物質として用いると、この電荷分離物質によって電子が補足されるため、電子と正孔との間の再結合を抑制することができる。
【００１９】
また、電荷分離物質としては、酸化錫（ＳｎＯｘ、例えばＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯｘ、例えばＺｎＯ）、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ、例えばＡｌ２Ｏ３）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ、例えばＲｕＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯｘ、例えばＮｉＯ）等の金属酸化物のうちの少なくとも１つを含むものを用いることができる。このような金属酸化物を電荷分離物質として用いると、この荷電分離物質により正孔が補足されるため、電子と正孔との間の再結合を抑制することができる。
【００２０】
なお、電荷分離物質は、上記金属単体のうちの少なくとも１つ、ＳｎＯ２-Ｘ、及び、上記金属酸化物うちの少なくとも１つから、２つ以上を任意で組み合わせて使用してもよい。
【００２１】
さらに好ましくは、電荷分離物質としては、Ａｕ、Ｓｎ、ＳｎＯ２-Ｘ、Ｚｎ、ＺｎＯｘを用いるとよい。ＡｕやＳｎは、フェルミエネルギーが酸化チタンの価電子帯よりも低いため、電子を選択的に補足することができる。しかも、Ａｕは、仕事関数が５．０ｅＶと大きいため、一旦補足した電子がチタン化合物側に戻り難い。したがって、Ａｕは、電子を効果的且つ選択的に補足することができる。
【００２２】
一方、電荷分離物質としてのＳｎＯ２-Ｘは、Ｓｎをチタン化合物の粒子に担持させた後、Ｓｎをチタン化合物の粒子とともに空気中に放置することによって、Ｓｎが酸化されて得られるものであり、Ｘは０≦Ｘ＜２の範囲で徐々に減少していく。Ｘ＝０の場合には、ＳｎＯ２であるが、このように形成されたＳｎＯ２は、チタン化合物の価電子帯の下にＳｎＯ２の価電子帯が形成されるため、電子を有効的に補足することができる。
【００２３】
したがって、Ａｕ、Ｓｎ、ＳｎＯ２-Ｘのうちの少なくとも１つを電荷分離物質として用いることで、電子と正孔とが再結合する確率をさらに低くすることができる。したがって、光触媒体の触媒活性の低下を良好に抑制することができる。
【００２４】
また、Ａｕ、Ｓｎ、ＳｎＯ２-Ｘ、Ｚｎ、ＺｎＯｘは、材料が比較的安価であり、取扱いも容易であるため、電荷分離物質として平易に用いることができる点で好ましい。
【００２５】
ところで、電荷分離物質は、それ自体が可視光や紫外線光の一部を吸収することがある。そのため、チタン化合物の粒子に対する電荷分離物質の被覆率が高くなるほど、チタン化合物の粒子にとどく可視光線及び紫外線量が低下する。本願発明者は、チタン化合物の粒子に対する電荷分離物質の被覆率が１０％を超えると、チタン化合物中に生成した電子と正孔とが減少し、結果的に触媒活性効果が低下してしまうことをつきとめた。
【００２６】
一方、電荷分離物質の被覆率が低くなるほど、電荷再結合抑制能もまた低くなる。本願発明者は、電荷分離物質の被覆率が５％未満となると、電荷再結合抑制能が低下してしまうことをつきとめた。したがって、チタン化合物の粒子に対する電荷分離物質の被覆率は５〜１０％とするのが好ましい。
【００２７】
また、電荷分離物質の粒径は、１〜１０ｎｍとするのが好ましく、さらに好ましくは、１〜５ｎｍ程度がよい。
【００２８】
このような光触媒体は、例えば、以下のようにして形成することができる。硫酸チタンまたはオキシ硫酸チタン等のチタン化合物溶液とアンモニウム塩とを混合し、これを加水分解する。この加水分解により得られる生成物を焼成することで、粒子状のチタン化合物を得ることができる。このチタン化合物は、アナターゼ型の酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングした状態となっている。ＸＰＳで分析すると、Ｔｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合は、０．０５％以下となっている。
【００２９】
このチタン化合物を非水溶液に分散させる。この非水溶液に、親水性の有機物を有する電荷分離物質コロイドを混合させて、チタン化合物の表面に電荷分離物質を吸着させる。このとき、電荷分離物質コロイドは、粒子径が１０ｎｍ以下のものを選択し、チタン化合物に対する被覆率が１０％以下となるように、非水溶液に分散させるのが好ましい。その後、低温で焼成することで、チタン化合物の表面に電荷分離物質を担持させる。以上によって、光触媒体が得られる。なお、これは、光触媒体の形成方法の一例であり、光触媒体はこれ以外の方法で形成してもかまわない。
【００３０】
本発明の第１の形態にかかる光触媒体によれば、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備を用意することなく、溶液中等で光触媒体を製造することが可能である。したがって、安価に製造することが可能である。
【００３１】
また、光触媒体をバインダに分散させる等することにより、光触媒体を所望の基体上に簡単に塗布することができる。したがって、光触媒体の膜厚の調整が簡単であり、短時間で膜厚を厚くすることもできる。しかも、バインダに分散させた光触媒体は、スプレー法、ディップ法、或いは、刷毛塗り法等により塗布することが可能であるため、光触媒体を基体に設ける際にも、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備は不要である。
【００３２】
さらに、本発明の第１の形態にかかる光触媒体によれば、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなるチタン化合物の粒子の表面に、電荷分離物質を担持させるようにしたため、光触媒体によって光触媒膜を形成した場合、光触媒膜の表面だけでなくその内部（膜中）を含む全体において、電荷分離物質による良好な電荷分離効果が得られる。したがって、光触媒体の光触媒活性を良好に保つことができる。
【００３３】
したがって、本発明の第１の形態にかかる光触媒体によれば、光触媒活性が良好であり、しかも、膜厚の調整が容易であって、かつ、安価に製造することが可能である。
【００３４】
本発明の第２の形態にかかる光触媒体は、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、且つ、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物を含んでいる。
【００３５】
酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、且つ、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物の粒子は、上述したような方法で形成することが可能である。したがって、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備を用意することなく、溶液中等で光触媒体を製造することが可能である。また、光触媒体をバインダに分散させる等することにより、光触媒体を所望の基体上に簡単に塗布することができる。したがって、光触媒体の膜厚の調整が簡単であり、短時間に膜厚を厚くすることもできる。しかも、バインダに分散させた光触媒体は、スプレー法、ディップ法、或いは、刷毛塗り法等により塗布することが可能であるため、光触媒体を基体に設ける際にも、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備は不要である。
【００３６】
しかも、上述のように、チタン化合物の粒子は、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下とすることで、良好な光触媒活性を得ることができる。
【００３７】
したがって、本発明の第２の形態にかかる光触媒体によれば、光触媒活性が良好であり、しかも、膜厚の調整が容易であって、かつ、安価に製造することが可能である。
【００３８】
本発明の第３の形態にかかる蛍光ランプは、発光管と、この発光管に設けられた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光触媒体とを具備している。
【００３９】
発光管は、直管単体、環状管単体、或いは屈曲管単体で構成される他、複数の屈曲管の端部同士を連通管を介してつなぎ合わせることで内部に少なくとも１本の放電路が形成されるように並設したもの等、周知の構成が適用可能である。光触媒体は、発光管の外面に設けるのが好ましい。このような場合、光触媒体は、例えば、バインダ等に分散させる等することで、発光管の外面に塗布することができる。
【００４０】
本発明の第３の形態によれば、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備を用いることなく、光触媒体を発光管に設けることができる。また、光触媒体を発光管に設ける際、発光管を真空中に配置する必要もないため、既存の蛍光ランプから、光触媒効果を有する蛍光ランプを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の第１及び第２の形態によれば、光触媒活性が良好であり、しかも、膜厚の調整が容易であって、かつ、安価に製造することが可能な光触媒体を得ることができる。
【００４２】
また、本発明の第３の形態によれば、既存の蛍光ランプからであっても、光触媒効果を有する蛍光ランプを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施形態を、図１乃至図９を参照して説明する。本実施形態では、光触媒体５０の一形態と、この光触媒体５０を備えた蛍光ランプ１の一形態について説明する。
【００４４】
光触媒体５０は、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物５１を含んでいる。つまり、チタン化合物５１にドーピングされた窒素原子のほとんどは、酸素原子と置換された状態（チタン原子と共有結合された状態）ではなく、酸化チタン結晶の格子間等に配された状態となっていると考えられる。
【００４５】
そして、図１乃至図４に示すように、光触媒体５０は、上記チタン化合物５１の粒子の表面に電荷分離物質５２を担持させている。電荷分離物質５２としては、Ａｕを用いている。
【００４６】
このような光触媒体５０は、例えば、[課題を解決するための手段]で説明したような方法で形成することができる。
【００４７】
すなわち、硫酸チタンまたはオキシ硫酸チタン等のチタン化合物溶液と、アンモニウム塩とを混合し、これを加水分解する。これにより得られる生成物を焼成することで、粒子状のチタン化合物５１を得る。このチタン化合物５１を非水溶液に分散させる。この非水溶液に、５ｎｍ以下のＡｕコロイドを混合させて、チタン化合物５１の表面にＡｕ（電荷分離物質５１）を吸着させる。この際、チタン化合物５１の粒子に対するＡｕの被覆率は５〜１０％となるように、Ａｕコロイドの混合量を調整する。その後、低温で焼成することで、チタン化合物５１の表面にＡｕを担持させる。
【００４８】
このように形成した光触媒体５０は、ミクロンオーダーでは、図１に示すように、凝集体６０をなしているが、ナノオーダーにまで拡大すると、図２乃至図４のように、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなるチタン化合物５１の粒子の表面に、電荷分離物質５２が担持されていることがわかる。
【００４９】
この光触媒体５０について、以下のような評価を行った。  
まず、本実施形態の光触媒体５０と比較例とについてＸＰＳ分析を行った。以下、比較例の試料の製造方法を説明する。酸化チタンをアンモニアガス又はプロパンガス中で加熱する。このチタン化合物を非水溶液に分散させる。この非水溶液に、５ｎｍ以下のＡｕコロイドを混合させて、このチタン化合物の表面にＡｕを吸着させる。その後、低温で焼成することで、チタン化合物の表面にＡｕを担持させる。
【００５０】
図５は、本実施形態の光触媒体５０のＸＰＳ分析結果を示している。図５に示すように、本実施形態の光触媒体５０では、３９６〜３９７ｅＶに顕著なピークが見られない。また、これより、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合を算出した。その結果、酸素に対する窒素の置換率は０．０３％であった。
【００５１】
一方、図６は、比較例のＸＰＳ分析結果を示している。図６に示すように、比較例では、３９６〜３９７ｅＶにピークが見られる。つまり、この比較例の試料では、本実施形態の光触媒体５０よりも、酸素と窒素とが多く置換されていることがわかった。また、これより、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合を算出した。その結果、酸素に対する窒素の置換率は０．８％であった。
【００５２】
さらに、本実施形態の光触媒体５０と上記比較例とを用いて、アセトアルデヒドガスの分解試験を行った。なお、本実施形態の光触媒体５０（粉体）の表面及び比較例の試料（粉体）の表面には、製造工程で用いた有機物が付着していることがある。そのため、予め、両者に紫外線を照射して有機物を除去した後に、アセトアルデヒドガスの分解試験を行った。
【００５３】
光を遮断した容器内において、本実施形態の光触媒体５０及び比較例にアセトアルデヒドガスを夫々飽和吸着させ、その後、蛍光灯を用い、可視光のみで照度２４９００ｌｘを照射した。図７は、アセトアルデヒドの最終分解物質である二酸化炭素の発生量を示している。図７に示すように、比較例では、２時間後の二酸化炭素トータル発生量が約１５ｐｐｍであったのに対し、本実施形態の光触媒体５０では、２時間後の二酸化炭素トータル発生量が２倍以上（約３５ｐｐｍ以上）であった。この結果から、酸素に対する窒素の置換率が０．０５％以下となるチタン化合物５１を光触媒体５０に含ませることで、良好な光触媒効果が得られることがわかった。
【００５４】
さらに、上記チタン化合物５１のみのものについても、同様の測定を行った。すなわち、チタン化合物５１のみの試料及び本実施形態の試料を３．０ｇずつ用意し、アセトアルデヒドガスを夫々飽和吸着させ、その後、蛍光灯を用い、可視光のみで照度２４９００ｌｘを照射した。
【００５５】
図８は、アセトアルデヒドの最終分解物質である二酸化炭素の発生量を示している。この場合、チタン化合物５１のみのものは、Ａｕを担持した本実施形態の光触媒体５０と比べるとやや光触媒効果が劣るものの、好ましい光触媒効果が得られるということがわかった。
【００５６】
以上のように、本実施形態の光触媒体５０によれば、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、且つ、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物５１を含んでいる。そのため、光触媒活性が良好であり、しかも、膜厚の調整が容易であって、かつ、安価に製造することが可能である。
【００５７】
さらに、本実施形態の光触媒体５０によれば、上記チタン化合物５１の粒子の表面に電荷分離物質５２を担持させている。そのため、光励起して分かれた電子と正孔との間で起こる電荷再結合を抑制することができる。また、この光触媒体５０を用いれば、光触媒膜を形成した場合であっても、電荷分離物質５２による電荷分離効果を、その表面だけでなく膜中を含む全体に及ばせることができる。したがって、さらに良好な光触媒活性を得ることができる。
【００５８】
図９は、蛍光ランプ１としての直管形蛍光ランプを示している。この蛍光ランプ１は、発光管としての透光性放電容器２、蛍光体膜３、一対の電極４ａ，４ｂ、一対の口金５ａ，５ｂ、図示されない放電媒体、及び、光触媒膜６等を備えている。
【００５９】
透光性放電容器２は、細長いガラスバルブ１０及び一対のフレアステム２０ａ，２０ｂによって構成されている。ガラスバルブ１０は、ソーダライムガラスからなる。一対のフレアステム２０ａ，２０ｂは、夫々、排気管、フレア、２本１組の内部導入線、及び、２本１組の外部導入線を備えている。一方のフレアステム２０ａは、透光性放電容器２の一端側に設けられており、他方のフレアステム２０ｂは、透光性放電容器２の他端側に設けられている。一対のフレアステム２０ａ，２０ｂは、互いに鏡像関係となるように配置されているが、その構造は同じである。以下、一方のフレアステム２０ａを例にとって説明する。
【００６０】
排気管は、透光性放電容器２の内外を連通させるためのものであり、透光性放電容器２の内部を排気するとともに、この内部に放電媒体を封入するのに用いられる。排気管は、放電媒体を封入した後に封止切られている。フレアは、ガラスバルブ１０の一端部に封着されて透光性放電容器２の一部を形成している。２本１組の内部導入線は、基端がフレアステム２０ａの内部に気密に埋設されているとともに、２本１組の外部導入線と夫々電気的に接続されている。２本１組の外部導入線は、先端がフレアステム２０ａに埋設されているとともに、基端が透光性放電容器２の外部へ導出されている。
【００６１】
蛍光体膜３は、白色蛍光形のハロ燐酸塩蛍光体、または、３波長発光形蛍光体からなり、透光性放電容器２の内面に形成されている。３波長発光形蛍光体としては、青色発光用としてＢａＭｇＡｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、緑色発光用としてＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｅ、赤色発光用としてＹ２Ｏ３：Ｅｕを用いることができる。
【００６２】
一対の電極４ａ，４ｂのうちの一方の電極４ａは、透光性放電容器２の一端内部において、透光性放電容器２の一端側に設けられた２本１組の内部導入線の各先端部間に夫々継線されている。同様に、一対の電極４ａ，４ｂのうちの他方の電極４ｂは、透光性放電容器２の他端内部において、透光性放電容器２の他端側に設けられた２本１組の内部導入線の各先端部間に夫々継線されている。これら電極４ａ，４ｂは、タングステンのコイルフィラメント及びコイルフィラメントに被着させた電子放射性物質からなる。
【００６３】
一対の口金５ａ，５ｂは、夫々、口金本体３０及び２本１組の口金ピン３１からなる。一方の口金５ａは、透光性放電容器２の一端側に設けられており、他方の口金５ｂは、透光性放電容器２の他端側に設けられている。口金本体３０は、キャップ状をなしていて、透光性放電容器２の各端部に接着されている。一対の口金５ａ，５ｂは、互いに鏡像関係となるように配置されているが、その構造は同じである。以下、一方の口金５ａを例にとって説明する。
【００６４】
２本１組の口金ピン３１は、互いに絶縁関係が保たれるように口金本体３０に支持されている。２本１組の口金ピン３１は、透光性放電容器２の一端側に設けられた２本１組の外部導入線と夫々電気的に接続されている。
【００６５】
放電媒体は、水銀及びアルゴンからなり、透光性放電容器２の内部に封入されている。水銀は、その適量が排気管を経由して滴下される。アルゴンは、約３００Ｐａで封入されている。
【００６６】
光触媒膜６は、上述した光触媒体５０を所定のバインダに分散させてなる塗料を使用し、この塗料をガラスバルブ１０の外面に塗布して、乾燥、焼成工程を経て形成されている。光触媒膜６は、既知の各種成膜方法、例えば、スプレー法、ディップ法、或いは、刷毛塗り法等により、ガラスバルブ１０の外面に設けることができる。これにより、蛍光ランプ１が点灯すると、光触媒膜６は、蛍光ランプ１から放射される波長５００ｎｍ以下の可視光や紫外線光を主に吸収し、波長５００ｎｍを超える可視光のほとんどを透過するので、光触媒効果を照明環境下で効果的に発現する。
【００６７】
上述した蛍光ランプ１によれば、真空装置やスパッタリング装置等の大掛かりな設備を用いることなく、光触媒膜６をガラスバルブ１０の外面に設けることができる。また、光触媒膜６をガラスバルブ１０に設ける際、透光性放電容器２を真空中に配置する必要もないため、既存の蛍光ランプから、光触媒効果を有する蛍光ランプ１を容易に形成することができる。
【００６８】
なお、本発明の光触媒体は、本実施形態のように、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物の粒子の表面に、電荷分離物質を担持させるのが好ましく、このようにすることにより、より良好な光触媒効果を得ることができる。
【００６９】
ただし、本発明の光触媒体は、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％以下となるチタン化合物の粒子を含むだけでも、上述のような光触媒効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、光触媒体は、酸化チタン結晶に窒素原子をドーピングしてなり、ＸＰＳで分析される結合エネルギーのＴｉ−Ｏ結合に由来する５３０ｅＶのピーク面積に対するＴｉ−Ｎ結合に由来する３９６〜３９７ｅＶのピーク面積の割合が０．０５％を越えるチタン化合物の表面に、電荷分離物質を担持させても、上述したような光触媒効果が期待できる。
【００７１】
また、本発明の光触媒体は、ガラスだけでなく、セラミックスや金属等にも設けることができる。したがって、本発明の光触媒体は、蛍光ランプだけでなく、例えば、照明器具等の電気製品、窓ガラス、窓枠、タイル等の建材、脱臭器、衛生製品、車両、家具等に広く用いることができる。特に、照明器具に適用する場合には、照明器具が備えるグローブ、セード、或いは反射板の表面に設けることで、照明器具に光触媒効果を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態に係る光触媒体を３，０００倍に拡大した写真。
【図２】図１の光触媒体を５０，０００倍に拡大した写真。
【図３】図１の光触媒体を１００，０００倍に拡大した写真。
【図４】図１の光触媒体を２００，０００倍に拡大した写真。
【図５】図１の光触媒体のＸＰＳの分析結果を示す図。
【図６】比較例のＸＳＰ分析結果を示す図。
【図７】本実施形態の光触媒体と比較例の試料とにおけるアセトアルデヒド分解試験結果を示す図。
【図８】本実施形態の光触媒体とチタン化合物とにおけるアセトアルデヒド分解試験結果を示す図。
【図９】図１の光触媒体を備えた蛍光ランプの一例を一部断面して示す側面図。
【符号の説明】
【００７３】
１…蛍光ランプ、  ２…透光性放電容器（発光管）、  ５０…光触媒体、  ５１…チタン化合物、  ５２…電荷分離物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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