Development of photocatalysts based on alkaline earth metal ferrites with specific surface structure for sterilizing Escherichia coli.

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K06782
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: Obata Kenji 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (70370046)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (80229476) ; 水野 康平 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (80342583)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 光触媒 / 光殺菌 / 鉄系複合酸化物 / 無機微粒子の合成 / 可視光応答 / CaFe2O4 / MgFe2O4 / WO3

Outline of Final Research Achievements

This research aims to develop novel photocatalysts based on alkaline earth metal ferrites (AFe2O4, A = Ca or Mg) for sterilizing Escherichia coli. We determined that Si or Zr-containing CaFe2O4 particles had a porous structure, whereas the crystallite growth of MgFe2O4 powder was remarkably suppressed by adding lanthanoid atoms (Ln = La, Nd, Sm, Gd, and Dy). In the initial stage of evaluating the sterilization, we examined the photocatalytic activity for the decomposition of isopropanol. The p-n junction-type photocatalyst based on Zr-containing CaFe2O4 with a three-dimensional network structure and WO3 nanoparticles could effectively decompose isopropanol under visible-light irradiation. Furthermore, we prepared WO3, a visible-light-responsive photocatalyst, and constructed a model using fluorescence microscopy to visualize the bactericidal effect of the photocatalyst against Escherichia coli.

Free Research Field

無機材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

AFe2O4は、電気化学デバイス，ガス吸着剤，酸化触媒や光触媒等の分野で広く研究されているが、試料調製において細孔径や表面形態制御に成功していない。また、空間場まで設計して構築された光殺菌システムに関する報告例も見当たらない。この高効率光殺菌システムでは、従来法の酸化チタンでは不可能であったLED灯での作動の可能性を大きく前進させるものであり、病院や養護施設での環境の向上が大いに期待できる。さらに本研究の知見は、触媒化学, 電気化学, 環境科学分野などでの機能性材料開発においても重要であり、材料科学の発展に大いに貢献するものである。