客观日本

九州工业大学开发的光催化剂,白色荧光灯下即可灭活新冠病毒

2021年02月24日 化学材料

本文根据九州工业大学成果发布编译而成

新冠病毒灭活实验证明,日本九州工业大学研究生院工学研究院的横野照尚教授开发的光催化剂能高效灭活新冠病毒(SARSCoV-2)。

这种光催化剂采用的技术为全球首次开发,大幅提高了光催化性能,而且在室内使用的荧光灯和LED灯等可见光(不含紫外线的光)环境下也可以发挥良好的效果,已经应用于公共设施和公共交通机构等多处。此次的灭活新冠实验结果显示,这种光催化剂还有望将其作为预防新冠病毒的对策。

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此次开发的纳米结构控制的光催化剂颗粒,仅在顶端选择性地负载金属离子时的电子显微镜照片及反应示意图

九州工业大学横野研究室实施的光催化剂研究的概念极具独创性,通过控制光催化剂颗粒的形状来分离和控制氧化反应与还原反应的位置(成功实现电子与空穴的分离→电荷分离),由此大幅提高了光催化剂的性能。

另外,通过用特殊技术在表面固定金属离子,把光催化反应必须在紫外线下进行的光催化剂的反应范围成功扩大到了室内光(可见光)范围。此外,还以这些光催化剂为原料,与合作企业推进联合开发,成功开发出了针对室内生活环境进行了优化的室内光支持型光催化剂涂料,具有抗病毒、杀菌和抗霉菌等功能。

研究的新颖性和独创性

(1)分离氧化反应和还原反应的位置,光催化剂的性能大幅提高

基于其反应机制,在光的照射下,光催化剂的氧化反应和还原反应这两种完全相反的反应会在纳米级球状颗粒上同时进行。因此很容易发生逆向反应,导致催化性能大幅下降。针对光催化剂的这项必须解决的最重要课题,横野研究室发现了在纳米层面上分离光催化剂颗粒表面的反应场的方法,完美解决了该问题。

(2)开发出在微弱的室内光(40勒克斯左右 )下也能实现高性能反应的可见光响应型氧化钛材料

氧化钛光催化剂的应用范围非常广,但必须有紫外线(在太阳光中的含量仅占百分之几)才能发挥性能。横野研究室利用纳米技术混合了金属离子和光催化剂,成功开发出能与可见光发生反应,且具有较高的杀菌和防臭性能的可见光响应型光催化剂,拥有全球最高水平的性能,目前仍在不断进行改良。

横野研究室调查了结合上述技术全球率先成功开发出来的新一代棒状氧化钛光催化剂利用室内光分解化学物质(乙醛,病态建筑综合症的致病物质之一)的性能,确认其分解性能约为常用的含氮氧化钛的4倍。

这种光催化剂已经作为涂料实现实用化,应用于很多领域。2020年10月开始在JR九州小仓站酒店(福冈县北九州市)实施的验证实验显示,涂了这种光催化剂涂料的客房等附着的细菌数量在36天后减少95.5%,101天后减少95.7%(均为测量位置的平均值),说明该涂料可以长期维持高抗菌性能,对新冠病毒的抑制效果也备受期待。酒精、次氯酸、混合银和铜等金属离子的普通抗菌剂或者仅在刚刚喷洒后有效,或者效果只能维持1-2周左右。在客房和餐厅等有大量客人出入的极其恶劣的环境下能长期(101天)保持极高杀菌效果的情况史无前例,证明新开发的光催化剂性能优异。

此次委托外部检测机构“北京京畿分析测试中心有限公司”实施了针对新冠病毒的灭活试验。在铺有湿度控制滤纸的培养皿中的5cm×5cm样本(实施光催化剂抗菌加工及未加工)表面滴下新冠病毒(SARS-CoV-2)悬浮液后,覆上密封膜,利用保湿玻璃盖住培养皿,在白色荧光灯的照射下室温保存24小时后测量新冠病毒感染滴度,确认灭活率达到99.95%,对新冠病毒也有很高的预防效果。

测试结果

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日语发布原文
编译:JST客观日本编辑部

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