Hideki Sugihara（领导者）、Kazuhiro Sayama（高级研究科学家）、Takeo Arai（博士后研究科学家）等。米乐m6官方网站（AIST）能源技术研究所（所长：长谷川康夫）太阳能光能转换组（所长：吉川博之）开发了一种氧化钨（WO₃) 可见光响应光催化剂，可以被激活到足够高的水平，从而能够在可见光照射下完全氧化分解各种挥发性有机化合物 (VOC)，包括室内或车辆中很少存在紫外线 (UV) 的荧光灯。

完全氧化分解是指将有机物质完全氧化，将其分解为二氧化碳（CO₂)和水，并对其进行解毒。​我们成功地完全氧化分解了挥发性有机化合物，包括甲醛、乙醛、甲酸、乙酸，以及被称为持久性物质的甲苯等芳香族化合物。

这种光催化剂是通过在WO中添加新开发的高性能促进剂，即金属钯（Pd）和铜（Cu）化合物而实现的₃半导体光触媒。只需将促进剂颗粒混合到 WO 中即可显着提高活性₃粉末。在可见光照射下乙醛分解中，Pd添加WO₃光催化剂的氧化分解活性是典型光催化剂氧化钛 (TiO₂).

新型光催化剂有望在几乎没有紫外线的室内场所或车辆中得到各种应用。 ​ 应用包括分解油漆、粘合剂和建筑材料中散发的有机溶剂和病态房屋综合症病原体，分解恶臭物质以及空气净化器。

照片：WO3玻璃板上涂有光触媒

二氧化钛₂基光催化剂用于许多领域。它们的用途广泛，包括利用其有害物质分解功能的空气净化器、空调、百叶窗和壁纸、具有防污功能的外墙材料和窗玻璃、车辆防雾后视镜、医院使用的抗菌瓷砖以及利用其超亲水特性的外墙冷却技术。钛白粉₂然而，它的缺点是只能吸收和使用紫外线。

紫外线仅占太阳光的 3%（能量当量），荧光灯和白炽灯仅发出微量的紫外线。​最新房屋中使用的窗玻璃（安全玻璃和环保玻璃）以及汽车的挡风玻璃也阻挡了几乎所有的紫外线。因此，需要开发一种新型光催化剂，在几乎没有紫外线的室内和车内环境中的可见光下有效工作，以分解和去除导致病房综合症或化学敏感性综合症的有机物质、各种挥发性有机化合物和恶臭物质。

在AIST，我们进行了可见光响应光催化剂的研发，该催化剂用于光解水产生氢气。​我们是世界上第一个开发出光触媒系统，利用可见光将水完全分解为氢气和氧气（新闻稿：2001 年 12 月 6 日)。与该催化剂系统使用负载铂的 WO 的方式相同₃半导体光催化剂，WO₃半导体已用于水的光解，但很少有WO₃用于分解有害物质。​这是因为WO时只能获得很少的活性₃单独使用，导致氧化组合物不完全。​但是，WO₃具有许多优点，例如它的光吸收特性 - 它可以吸收高达 460 nm 的波长。​我们继续推进开发，相信通过利用这一优势可以实现实际的完全氧化分解。

这项研究是与东京大学合作进行的，是新能源和产业技术综合开发机构 (NEDO) 支持的“为循环型社会创建光催化剂产业项目”（2007 财年启动）的一部分。

含WO的光催化剂的完全氧化活性分析₃添加了一系列促进剂的粉末表明，只有铂(Pt)、Pd和Cu化合物改善了有机物质的氧化分解。​由于 Pt 非常昂贵，因此为了商业化，研究了较便宜的 Pd 和 Cu 化合物促进剂的使用。​图1显示WO粉末₃我们在本研究中开发的光催化剂，只需在砂浆中混合即可生产WO₃含有促进剂、Pd 或氧化铜 (CuO) 微粒的粉末。

(a) 钯-WO3光触媒粉	(b) CuO-WO3光触媒粉
图1：光触媒粉末

图2显示CO量的变化₂当用可见光照射每种光催化剂时，乙醛完全氧化分解而产生。​乙醛是一种用于光催化剂活性比较的典型挥发性有机化合物。​二氧化钛₂（典型的商业产品）仅暴露于可见光时几乎没有表现出任何活性。​对于其他催化剂，气相乙醛虽然通过可见光照射消失，但假设使用WO时很难完全氧化₃无促进剂或可见光响应型 TiO₂（相对于 TiO₂)从CO量的变化来看₂已生成。​这是因为当乙醛变成乙酸、甲酸或甲醛（这些是氧化过程的中间体）时，氧化会中途停止，并且不容易进一步分解。 ​WO上乙酸、甲酸和甲醛的积累₃也被观察到。​如果中间体堆积，就会抑制活性并可能加剧污染。​评价催化剂的性能不仅要通过测量要分解的有机物如何被还原，还要根据CO量的增加来评价是否实现了完全氧化分解（即完全解毒）₂已生成。

TiO2的活性₂基光催化剂在反应后期急剧下降，这可能是由于反应中间体的积累抑制了催化剂的作用。​另一方面，负载 Pd 的 WO₃光触媒（Pd-WO）₃)保持较高的活性，所有乙醛被完全氧化并迅速分解。当在反应过程的中点进行比较时，活性（CO 的速率₂一代）Pd-WO₃大约比 vis-TiO 高七倍₂。​在反应过程的后期，两种催化剂的活性水平差异变得更大。​当将比 Pd 更便宜的 CuO 添加为 WO 的促进剂时₃(CuO-WO₃)，氧化活性低于Pd-WO₃然而，其活性大约是 vis-TiO 的三倍₂，从CO的比率来看₂在反应中点生成。

图2：CO的时间进程2乙醛（约 16 µmol）在可见光照射（λ > 400 nm）下在各种催化剂上光降解过程中的形成。

接下来，我们比较了不同的光催化剂，看看它们氧化分解乙酸（一种典型的反应中间体）的能力如何（图3）。在乙醛分解中，Pd-WO₃光催化剂表现出比vis-TiO更高的活性₂，并在短时间内实现完全氧化分解。至于甲醛，它是另一种反应中间体，也是病房综合症的致病因子，通过使用 Pd-WO₃和 CuO-WO₃光催化剂。

图3：CO的时间进程2在可见光照射（λ > 400 nm）下，乙酸（约 2 µmol）在各种催化剂上光降解过程中形成。

我们还在流动反应器实验中使用模拟实际使用条件的低水平气体浓度评估了不同光催化剂的活性（表1）。​在本实验中，假设照明设备的遮光罩涂有光催化膜，则使用带有丙烯酸窗口的荧光灯作为光源。​使用 WO 时₃无促进剂和 vis-TiO₂，氧化率低于100%，大量中间体累积或扩散。​乙醛去除率也低于 100%，并且大部分乙醛通过流动系统而没有在催化剂上发生反应。​另一方面，当Pd-WO₃被使用，表明所有流入的乙醛都被完全氧化成CO₂。这意味着 Pd-WO₃表现出比 vis-TiO 更高的性能₂在流动实验中也是如此。氧化铜-WO₃在荧光灯照明下，在 2 ppm 的低浓度水平下，流动系统中的氧化和去除率也接近 100%。

表 1：通过 Pd(01 wt%)/WO 从流动气体（5 ppm，50 ml/min）中去除乙醛3，WO3，和N-TiO2荧光灯照射下（约3000勒克斯，亚克力窗，催化剂面积：59厘米2).

ARR：乙醛去除率，  RAR：乙醛去除率，  RCO：乙醛完全氧化成CO的比例2,  RCOA：乙醛完全氧化的速率

图4显示了使用Pd-WO氧化分解甲苯（一种高度持久的典型芳香族VOC）的结果₃。甲苯是一种挥发性有机化合物，用作油漆和粘合剂的稀释剂。 ​WO 时的活动水平异常低₃使用无启动子的CO₂由于反应中间体在光催化剂表面的积累抑制了活性，反应过程中生成量减少。​另一方面，Pd-WO 的活性水平要高得多₃，从CO量判断，推测氧化分解已完全₂已生成。还证实，重复反应后光触媒活性水平几乎没有下降。

图4：CO的时间进程2甲苯（约003 µmol）在可见光照射（λ > 400 nm）下在各种催化剂上光降解过程中形成。测量前通过预光反应清洁催化剂

如上所述，WO₃载有适当促进剂的可见光响应光催化剂能够对许多有害有机物质进行完全氧化分解（完全解毒），其效率水平高于 TiO₂光催化剂。 WO₃高度稳定且由无毒元素组成。此外，光催化剂可以使用简单的混合方法大量生产。​因此，它是一种半导体光催化剂，具有许多有利于商业生产和使用的性能。

为了将这些新型光催化剂商业化，需要开发1)以较低成本生产催化剂的技术，以及2)在不降低光催化活性的情况下形成具有实用强度的膜的技术。对于1），由于新开发的光催化剂的原材料成本比TiO更贵₂，将在初始阶段审查增值应用程序。这些应用包括将催化剂用于照明设备和高性能空气净化器以及汽车的发动机罩。我们还将研究光限制技术的开发，以有效吸收光并减少催化剂的使用量。由于钯助催化剂比铜化合物更昂贵，我们想办法进一步减少所需助催化剂的用量。 ​Pd-WO的预期应用₃包括高性能空气净化器中的过滤器和油漆工厂的净化，同时CuO-WO的可能应用₃，价格便宜且具有潜在的抗菌性能，是医院使用的瓷砖、家用照明设备的罩、壁纸和百叶窗。至于2），太阳能光能转换小组将利用其薄膜形成技术进行进一步研究，包括提高长期可靠性。