光催化大全:从基础到应用图解

第1章为什么光催化的应用范围在持续扩展？1

1.1光催化的广泛应用2

光催化应用的无限可能性引起广泛的关注2

以光催化国际研究中心为平台3

利用光催化抗霉菌取得效果的“日光东照宫的油漆工程”5

日本特有的漆器也利用了光催化技术7

1.2光催化在医疗领域的应用9

利用光催化技术的手术室每年有数百间9

对癌症和手足口病也有一定疗效11

世界首例预防食物中毒的应用和“光催化灭蚊器”13

预防才是*好的治疗！漂白剂及牙根种植体也用上了光催化14

1.3光催化在农业和生物学领域的应用16

农业生产的高效率和低成本16

将太阳光引入室内18

光导管(液体光导管)18

可生成用于预防龋齿及抗癌的“稀少糖”20

1.4光催化在提高生活质量方面的应用22

宾馆、医院、护理机构、保育院、二手车等行业使用的可见光高灵敏度光催化剂发展迅速22

光催化在预防花粉症口罩、抗菌圆珠笔、地毯等商品上的使用也很普及23

利用希拉斯火山灰制作防污涂层25

从2020年东京奥运会到宇宙开发26

［作者纵谈］光催化，终于登上了审定教材！30



第2章在建筑物和高楼上使用光催化大受欢迎的原因31

2.1建筑物外墙上采用不易脏的光催化瓷砖已成新常识32

丸大厦成为日本**个使用光催化瓷砖的高层建筑！带动了1000亿日元的市场32

光催化瓷砖创造了住宅的美观34

光催化瓷砖的住宅可去除NOx36

2.2活跃在高楼、工厂、教堂外墙的建材、装饰材料38

TOTO公司将日本的原创技术传播到世界38

空气净化能力相当于2000棵白杨树的丰田工厂39

笔者私宅、岐阜大学、德国、中国、意大利光催化随处可寻39

既美观又降低了清洁成本的铝材41

无需清洁维护的眼镜店广告牌41

2.3提升了帐篷膜材功能的光催化帐篷43

制造了东京巨蛋帐篷膜材的公司43

“四大特点”和网球场、足球场、棒球练习场44

八重洲出口的光之帆大屋顶、达拉斯10万人体育馆帐篷膜材在世界各地大显身手45

胡夫金字塔也用上了光催化！48

2.4不易脏、不起雾的玻璃让您始终视野清晰50

节水成功的中部国际机场和东京理科大学不起雾的玻璃50

卢浮宫美术馆和学校等也使用光催化自清洁钢化玻璃52

2.5活跃于室内的可见光型光催化56

“可见光响应型”光催化在内装玻璃上的应用56

世界首例！日本制造抗菌、抗病毒玻璃56

抗病毒窗帘、高附加值壁纸、百叶窗58

可净化室内空气的光催化空气净化器59

TOTO公司和笔者合作解决厕所问题的缘由61

光催化除菌消臭器“LUMINEO”62

［作者纵谈］朝着“3F”努力！65



第3章在机场和新干线等场所如何普及光催化技术？67

3.1活跃在机场、空运货物等航空场所的光催化68

中部国际机场内17000m2的玻璃上采用了光催化技术68

抗流感病毒有效果70

世界首例光催化用于航空运输71

3.2活跃在新干线等铁路系统的光催化72

什么是陶瓷光催化过滤器72

活跃在“希望号N700系”吸烟室内的光催化空气净化器72

站台屋顶和白色帐篷74

“光催化涂料”使车站变美75

用于车站内的厕所76

3.3光催化让路面和道路周边干净整洁77

提高排水效果的高性能铺装道路77

净化路面空气的道路光清洁施工法77

无需特别维护管理的NOx削减法78

避免隧道拥堵，安装光催化隧道照明器具79

对公路两侧的遮音壁、道路标识、广告牌等大有用武之地80

“桥梁膜材施工”使高架桥下变成明亮欢快的休闲场所81

“桥梁膜材施工”的3大优势82

光催化车门后视镜已成丰田高级车的标配84

［作者纵谈］读书是*好的灵感之源85



第4章光催化的6大功能及其日常系列产品87

4.1光催化的6大功能是什么？88

氧化分解能力和超亲水性88

光催化的6大功能和转折点89

世界首例用于普通住宅——笔者私家的光催化外墙!91

4.26大功能之①抗菌、抗病毒效果92

耐药性细菌急增、持续高涨的病毒感染症威胁92

既可抗细菌病毒又能分解去除有机挥发物93

防污、灭菌、防臭效果超群的光催化瓷砖96

可见光就OK！强抗病毒的光催化玻璃97

在新千岁机场、内排国际机场大显身手的“光催化薄膜”98

可见光响应型粉末浆料LUMIRESHTM及认证制度99

三维网状结构的陶瓷片和空中浮游菌去除装置100

不发生二次感染是*大优点101

4.36大功能之②受哥白尼式转折启发诞生的除臭效果103

为什么氧化钛不能分解大量的物质？103

以微量的物质为目标——哥白尼式转折点104

延伸到纸、纤维制品、空气净化器的缘由106

过滤器和光源组合而成的大型光催化除臭装置107

4.46大功能之③玻璃和镜子的表面不易起雾的防雾效果109

何谓光催化的超亲水现象？109

水的接触角以及亲水性110

超亲水性就是接触角几乎为零111

不易起雾、不易脏的超亲水性和氧化分解能力的合力并举112

汽车的车门后视镜和保命的弯道凸面镜(道路反射镜)113

4.56大功能之④通过自清洁达到防污效果115

来访者突破10万人的光催化博物馆115

对“魔法实验”将信将疑和“氢博士”的秘密116

超亲水性实验，体验“光和水之美”117

反向思维将“失败”变为可用118

利用双重自清洁效果降低成本！进军1000亿日元的市场119

4.66大功能之⑤光催化的水净化效果121

地球上的淡水资源很有限121

不增加成本又安全的土壤地下水净化系统122

70多座ADEKA公司综合设备的解决方案123

军团杆菌和二英统统分解！环保的净水装置125

利用太阳光处理农业废液！水稻耕作和番茄栽培也进入光催化时代126

有机物去除率几乎100%，收获与过去同等程度的番茄127

解决鱼市上的“光复活现象”难题获得安全洁净的海水129

4.76大功能之⑥光催化的空气净化效果130

让古罗马帝国的塞内加也苦恼的空气污染问题130

既能去除NOx又能大幅降低成本的划时代的系统是什么？130

［作者纵谈］为什么说蒲公英是农夫的时钟133



第5章人工光合作用的*新常识135

5.1资源、能源、环境问题和光合作用机理136

什么是叶绿素的“Z型反应”136

化石燃料存在的两大问题137

5.2光解水发现的震撼和光催化的诞生140

50年前成功实验“光增强电解氧化”的原理140

光解水发现之前的相关科学史141

Nature上发表论文的缘由144

1974年元旦的《朝日新闻》头版、“朝日奖”、“汤姆森路透引文桂冠奖”145

光催化剂的定义147

发现氧化钛光催化制氢的局限性148

5.3迅速发展的人工光合作用的*新动向151

太阳能电池和水的电解混合系统151

引人瞩目的金属氧化物材料152

可见光也可以使水完全分解！单一体系和Z型体系153

日本引领二氧化碳的还原和资源化154

从大自然中学习，拓宽视野找到*优解155

［作者纵谈］汤姆森路透引文桂冠奖及论文被引用次数156



第6章反应机理和光159

6.1光催化反应的两大主角160

氧化钛的使用量反映一国的文化水准160

氧化钛的制作方法162

硫酸法和氯气法的原理163

光催化的氧化钛是锐钛矿型164

有效利用近紫外线是个打破常规的思路166

6.2氧化钛是半导体的一种169

什么是半导体169

本征半导体和杂质半导体170

氧化钛是具有光活性的n型半导体171

6.3氧化钛的能带结构和光照效果172

半导体的能带结构172

禁带宽度和带隙能量173

影响光催化反应的三个因素174

6.4氧化钛的结晶形态和光催化活性176

氧化钛是如何被发现的176

金红石型和锐钛矿型的禁带宽度177

锐钛矿型具有更高光催化活性的原因177

6.5氧化钛光催化可利用光的波长179

什么是可见光、紫外线、红外线179

氧化钛的独特性和普及推广的理由180

6.6强氧化分解和还原的原理182

氧化钛表面到底发生了什么182

氧化分解的原理182

还原的原理184

6.7为什么会产生超亲水现象？185

亲水性和憎水性的区别185

氧化钛表面的结构变化引起关注186

6.8不易脏和不起雾的作用机制有什么不同187

防污效果的光界面反应和防雾效果的光固体表面反应187

自清洁是2个反应的合力作用188

6.9光催化具有多功能性的原因190

为什么多个行业接连进入？190

“本多-藤岛效应”延伸而来的3个研究方向190

［作者纵谈］外出讲课给孩子们传授科学的趣味性192



第7章光催化剂的合成方法193

7.1光催化剂的形态194

氧化钛溶胶、钛醇盐、氧化钛涂料194

7.2如何活用两种表面涂装工艺196

湿法工艺和干法工艺196

涂层工艺的选择要点197

7.3涂层的核心在于黏结层200

利于保护光催化反应的二氧化硅中间层200

防止基材老化、提高黏接性的梯度膜202

7.4世界首块光催化瓷砖是如何做成的204

*普及的光催化瓷砖204

光催化和抗菌金属组合205

向外墙的自清洁建材延伸206

7.5光催化玻璃、后视镜的制作208

光催化自清洁玻璃的制作208

被寄予安全驾驶厚望的 “防雨车门后视镜”209

7.6净化国际宇宙空间站的UV-LED光催化211

光源和光催化过滤器的模块化212

UV-LED助力净化国际宇宙空间站213

国际上快速发展的LED214

［作者纵谈］伽利略、法拉第、巴斯德，向这些伟大的先人们学什么？215



第8章光催化技术的标准化、产品认证制度217

8.1日本(JIS)和世界(ISO)试验方法的标准化218

JIS、ISO等标准化的制定现状219

海外光催化标准化的应对221

8.2建立全日本体制！光催化产品的认证制度222

建立和完善健全的市场机制222

建立认证制度促进试验方法的标准化222

安全标准和设置管理责任人的必要性225

认证流程和认证后的监督活动226



【参考文献】228



结尾——从中国古典名言中学习超越“死亡之谷”229



检索词231