日光だけで飲み水を99.9パーセント殺菌してくれる超有能素材が考案される

　水に入っている細菌のほとんどを殺菌する新しい方法を考案された。それは、とても効率的で、環境にも優しいという。

　この新しい方法では、化合物のシートに太陽から降り注ぐ紫外線を照射するだけで、そのまま1時間もすれば、水10リットルに潜む有害な細菌が殺菌されるそうだ。

　こうした水の浄化方法を「光触媒殺菌」といい、環境に悪い塩素やオゾン殺菌を使った既存の方法の代わりになるものとして期待されている。

金属光触媒と非金属光触媒の欠点

　地球は今、温暖化や水不足という未来へ進んでいる。そんな未来で人々が困らぬよう、環境に優しい飲料水の浄化方法を確立することが喫緊の課題である。

　今回提案されているような浄水方法の仕組みはいたってシンプルで、特定の光の波長があるときに水の中で酸素反応を促進（あるいは触媒）してくれる光触媒を利用したものだ。

　この反応によって作られる「活性酸素種（ROS）」という分子が、細菌を殺してくれるのである。

　この用途に使える優れた金属触媒はいくつもある。しかし、生憎なことに、これらは水の中に金属の残留物を残してしまう。

　一方、ナノチューブやグラフェンのような非金属触媒ならばもっと安全だが、金属触媒に比べると効率の点で劣る。十分な活性酸素種が作られないのだ。

安全かつ効率的な光触媒

そこで、中国科学院と揚州大学の研究者は、実用的でありながら、毒性のない解決策を考案した。

　ポイントは、光を吸収し、十分な殺菌効果を得られるだけの活性酸素種を作ることができる、きわめて薄い合成素材「グラフィティック・カーボン・ナイトライド」のシートだ。

　これは、その潜在的なエネルギー保存性能ゆえに、近年専門家から脚光を浴びている素材である。

　これを使った浄水実験では、たったの30分で水50ミリリットルに入っていた大腸菌の99.9999パーセントを殺菌することができた。

　その性能は、ほかの非金属光触媒に比べて5倍という速さである。研究論文によれば、「最高の金属光触媒にも匹敵するほどの高い効率性」だという。

　しかも、これを行なってもシートは10分の1が消費されるだけだ。

ユニークな構造が高効率な殺菌性能を実現

　これほどの効率性が実現できるのは、この素材のユニークな構造に秘密がある。シートの端にはカルボキシル分子とカルボニル分子が添加されており、これがさらに電子を集めてくれる。

　この組み合わせに紫外線と可視光が当たると、「過酸化水素」という活性酸素種が効率的に作り出される。そして、これらが水の中の細菌の細胞壁を突破し、内部を破壊してから、水と酸素に乖離する。

　研究者によれば、最高なのは、このシステムを大規模に実施するのもそう難しくないことだという。

　グラフィティック・カーボン・ナイトライドは、低コストで簡単に合成することができるし、システム自体はとてもシンプルなので、それらを組み合わせても大した支出にはならないのである。

　幸先の良いスタートだ。ただし、このプロトタイプはほかの汚染物質を取り除くには十分ではない。

　安全な飲料水とするためには、重金属イオンを取り除き、pHを調整し、残留物を除去せねばならない。最終的には、そうした点まで考慮された装置が必要になる。

　この研究は『Chem』に掲載された。

References:sciencealert/ written by hiroching / edited by parumo
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