[發(fā)明專利]光催化材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080025567.4
• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN102471088A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 橋本和仁;入江寬;余火根;黑田靖;細木康弘
• 申請（專利權(quán)）人: 國立大學法人東京大學;昭和電工株式會社
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;C01G23/07;B01J23/06;B01J23/30;B01J23/888
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有可見光活性的光催化材料以及制備所述光催化材料的方法。

背景技術(shù)

光催化材料顯示出氧化活性并且通過利用可以低成本獲得且對環(huán)境具有非常小負擔的光作為其能源分解有機物質(zhì)和一些無機物質(zhì)如氮氧化物。最近趨勢是光催化材料在更廣泛應用領(lǐng)域如環(huán)境凈化、除臭、防污和消毒中使用，已經(jīng)開發(fā)和研究各種光催化材料。尤其需要能夠在可見光照射下顯示出其活性的光催化材料并且由此已經(jīng)開展各種研究和開發(fā)。

近些年已經(jīng)嘗試開發(fā)含有氧化鎢作為基質(zhì)組分的光響應光催化材料。然而，由于氧化鎢耐堿性差，進一步需要具有較高柔韌性的二氧化鈦基材料。

迄今已作出許多研究以通過向其中加入金屬離子組分而使二氧化鈦具有良好的可見光響應性。例如，專利文獻1公開了可見光響應的光催化材料，其通過當硫酸鈦或含氧硫酸鈦進行水解以合成二氧化鈦時使過渡金屬組分共存而獲得。然而，在專利文獻1中，在其說明書中示例的許多過渡金屬組分中，僅Fe實際用于實施專利文獻1的發(fā)明的實施例中，而其中沒有描述其他過渡金屬組分的作用，因此不確定。

專利文獻2公開了具有可見光響應特性的含W二氧化鈦。然而，就專利文獻2中描述的實施例而言，其中獲得的二氧化鈦具有低結(jié)晶性且W添加效果不確定。此外，在專利文獻2中，僅就除氨試驗結(jié)果而言，描述了含W二氧化鈦具有分解有機物質(zhì)的活性。然而，其理由不清晰且所達到的結(jié)論令人不滿意。此外，在專利文獻2的實施例中，使用包括紫外光組件的發(fā)光熒光燈作為光源。因此，僅由專利文獻2實施例的結(jié)果不能證實其中獲得的光催化劑在可見光照射下是否具有分解有機物質(zhì)的活性。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻]

專利文獻1：JP-A?2002-60221

專利文獻2：JP?4250332

發(fā)明公開

發(fā)明要解決的問題

就在本領(lǐng)域存在的上述問題而言，本發(fā)明目的是提供在可見光照射下具有高氧化分解活性的二氧化鈦基催化材料和制備所述催化材料的方法。

解決問題的手段

由于關(guān)于二氧化鈦在可見光照射下能夠顯示出高氧化分解活性的各種廣泛研究，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當將預期顯示出從二氧化鈦導帶的下端電勢向正電勢側(cè)移動的作用的金屬離子或預期顯示出在二氧化鈦導帶下端電勢的正電勢側(cè)形成孤立能級的作用的金屬離子摻雜到二氧化鈦中時，可以制備能夠吸收可見光的二氧化鈦基材料，并且進一步當對于氧的多電子還原催化劑負載于二氧化鈦基材料表面時，可以成功地開發(fā)在可見光照射下能夠顯示出光催化作用的光催化材料。

而且，由于通過改進基于上述發(fā)現(xiàn)的技術(shù)以獲得具有較高氧化分解活性的可見光響應的光催化材料的其他廣泛研究，發(fā)現(xiàn)鎢為二氧化鈦的合適摻雜劑并且銅和鐵適合作為要與摻雜劑組合的多電子還原催化劑組分。本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)完成。

此外，發(fā)現(xiàn)通過任何其中在通過在水溶液中水解合成二氧化鈦時進行摻雜的方法，其中在氣相方法合成二氧化鈦時進行摻雜的方法和其中通過將金屬離子組分負載于二氧化鈦粉末上且然后熱處理所得材料進行摻雜的方法，可將包括鎢的金屬離子組分有效摻雜到二氧化鈦中。

因此，本發(fā)明涉及以下方面：

[1]一種具有可見光活性的光催化材料，包含鎢摻雜的二氧化鈦或鎢/鎵共摻雜的二氧化鈦和負載于摻雜或共摻雜二氧化鈦表面的二價銅鹽和/或三價鐵鹽。

[2]如上文第[1]方面描述的光催化材料，其中鎢摻雜的二氧化鈦中鎢與鈦的摩爾比(W∶Ti)為0.01∶1-0.1∶1。

[3]如上文第[1]方面描述的光催化材料，其中鎢/鎵共摻雜的二氧化鈦中鎢與鈦的摩爾比(W∶Ti)為0.01∶1-0.1∶1并且鎢/鎵共摻雜的二氧化鈦中鎢與鎵的摩爾比(W∶Ga)為1∶1.5-1∶2.5。

[4]如上文第[1]-[3]方面中任一項描述的光催化材料，其中二氧化鈦以50％或更大的量含有金紅石型晶體結(jié)構(gòu)。

[5]如上文第[1]-[3]方面中任一項描述的光催化材料，其中二氧化鈦以50％或更大的量含有銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)。

[6]如上文第[1]-[3]方面中任一項描述的光催化材料，其中二氧化鈦以50％或更大的量含有板鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)。

[7]一種制備如上文第[1]-[6]方面中任一項描述的光催化材料的方法，依次包括以下步驟：

摻雜步驟：干燥和固化含有六價鎢鹽和四價鈦鹽的混合溶液或含有六價鎢鹽、四價鈦鹽和三價鎵鹽的混合溶液，然后在600-1200℃的溫度下煅燒所得干燥固體以獲得鎢摻雜的二氧化鈦或鎢/鎵共摻雜的二氧化鈦；和