photocatalyst

今日もこっそり勉強しに来ました!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 触媒(catalyst)だけでも難しいのに、光触媒って一体なんでしょうか、、、私も最初にこの言葉を見たときは、かなり難しく感じました。 光触媒、英語では photocatalyst と呼ばれます。 いったい何なのか、そしてなぜエネルギーや環境の話になるとこんなにもよく登場するのか。 今回はこの光触媒という言葉を、できるだけやさしく、少し親しみやすく整理してみようと思います。 図1. 光を受けた光触媒粒子の概念図 光触媒（Photocatalyst）とは 光触媒は、文字どおり光を使って化学反応を助ける物質です。 もう少し正確に言うと、光を吸収したあとに電子 electron と正孔 hole を生み出し、その電荷が表面 surface で反応を起こすことで、目的とする化学反応が進むようにする材料です。 最初は少し難しそうに見えるかもしれませんが、中心となる考え方は意外とシンプルです。 光を受けたときにただそのままでいるのではなく、その光のエネルギーを使って化学反応につなげる物質だということです。 光触媒は、環境浄化、水素生成 hydrogen evolution、二酸化炭素還元、抗菌コーティング、自己洗浄表面などの分野でよく語られます。 つまり、単に実験室の中だけの話ではなく、これからのエネルギー技術や環境技術を考えるうえでかなり重要な位置にある材料です。 光触媒（Photocatalyst）を一言でいうと 光触媒とは、光エネルギーを吸収して電子と正孔を生み出し、その力で表面での酸化反応と還元反応を進める物質です!!!! 光触媒（Photocatalyst）に関するキーワード 光吸収、電子と正孔、バンドギャップ、電荷分離、酸化還元反応 図2. 光触媒で電子と正孔が生成される概念図 日常の視点で見ると、なぜ光触媒は重要なのでしょうか 光触媒が注目される一番大きな理由は、光というエネルギーを使って反応を起こせるところにあります。 ふつう、化学反応を進めるには熱を加えたり、電気を流したりすることが多いです。でも光触媒は、光そのものを使って反応を引き起こすことができます。 特に太陽の光を使えるとなると、話はさらに面白くなります。 太陽光を受けて汚染物質を分解したり、水を分解して水素を作ったり、二酸化炭素を別の物質へ変換したりすることまで考えられるからです。 そのため光触媒は、再生可能エネルギー、環境技術、カーボンニュートラル、水素社会といった言葉と一緒に語られることがとても多いです。 光触媒はどのように働くのでしょうか 1. 光を受けると電子と正孔が生まれます 多くの光触媒は半導体の性質を持っています。 この半導体に光が当たると、もともと価電子帯 valence band にいた電子が、その光のエネルギーを受けて伝導帯 conduction band へ上がります。 すると、伝導帯に移った電子ができ、もとの場所には電子が抜けた空席が残ります。これを正孔 hole と呼びます。 つまり、光を受けることで電子と正孔のペアが生まれるわけです。 ここでとても大事になるのがバンドギャップです。 バンドギャップは、電子が飛び越えるために必要なエネルギー差のことです。この値が大きすぎると、紫外線のようなエネルギーの高い光しか吸収できません。逆に小さすぎると、できた電荷が再結合しやすくなったり、望む反応を進めるだけの力が足りなくなったりすることがあります。 そのため、よい光触媒を作るには、 を一緒に考える必要があります。…