[發明專利]具有耐環境性的新型可見光響應性光催化劑

有效

• 申請號: 201280009107.1
• 申請日: 2012-02-15
• 公開（公告）號: CN103370132A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 佐山和弘;小西由也
• 申請（專利權）人: 獨立行政法人產業技術綜合研究所
• 主分類號: B01J35/02
• 分類號: B01J35/02;B01D53/86;B01J23/85;B01J23/89;A61L9/00;A61L9/01
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

技術領域

本發明涉及具有耐環境性的新型可見光響應性光催化劑。

背景技術

響應日光或室內光以吸附、分解和去除環境污染物或對附著至物體表面的污垢具有自潔作用的光催化劑目前已受到關注，并且已經被積極研究。二氧化鈦是典型的光催化劑之一，并且具備強的光催化活性。但是，二氧化鈦具有大的帶隙并且對于主要由日光構成的可見光沒有吸收性能。二氧化鈦具有紫外光光催化活性，但是不具有可見光活性。由于這個原因，二氧化鈦不能充分地利用日光。另外，二氧化鈦在具有極弱紫外光的室內情況中不起作用。

作為解決這些問題的措施，已經進行研究來通過用氮等摻雜二氧化鈦提高二氧化鈦，使得二氧化鈦能夠吸收可見光。另外，已經進行研究來尋找二氧化鈦以外的新型氧化物半導體，該新型氧化物半導體響應可見光以展示作為光催化劑的活性。也已知，可見光響應半導體化合物如氧化鎢具有比二氧化鈦的帶隙更小的帶隙，并且能夠吸收可見光，并且這種可見光響應半導體化合物通過添加適合的助催化劑如CuO、CuBi₂O₄、銅離子、鉑和鈀或在可見光響應半導體化合物的表面上負載助催化劑而作為可見光活性光催化劑(可見光響應性光催化劑)有效地工作(例如PTL1)。

遺憾地，許多這些半導體化合物和助催化劑在苛刻條件如堿性或酸性條件下是不穩定物質，并且在應用范圍內有局限。例如，氧化鎢在堿性條件下容易溶解，并且當其在例如使用堿性洗滌劑的水槽的地方時不能使用。由于這個原因，在堿性和酸洗條件下穩定的可見光響應性光催化劑已被期望用于房子內廚房和浴室的各種應用中。

為了在堿性和酸性條件下穩定使用這種物質，在相關領域已經進行了各種研究。例如，為了在基層材料的表面上形成具有高抗堿性的光催化劑層，報道了這樣的方法：其中，使用含如鋯、鈦和鋁的化合物的樹脂在基層材料上形成底涂層；使用含鋯、鈦等的化合物的組合物進一步形成中間層；在中間層上，使用含光催化劑顆粒和鋯化合物作為粘合劑的組合物形成光催化劑層；從而，防止光催化劑層從基層材料上剝離(PTL2)。此外，為了改善抗菌光催化涂層材料的抗堿性，報道了其中將聚硅氧烷和丙烯酸聚合物添加至含光催化劑的水性涂層材料以形成復合材料的方法，以及其中將光催化劑干燥粉末包含在丙烯酸硅涂層材料中的方法(PTL3和4)。

這些是其中基層材料表面或光催化劑用穩定物質涂布以保護基層材料表面或光催化劑免遭受堿的方法。但是，對于光催化反應，通過用光照射產生的空穴和電子需要到達外表面。另外，空穴需要通過氧化分解反應物質如有機物質，并且電子需要通過空氣中的氧的還原被消耗。如果光催化劑用這種涂布保護，空穴和電子都必須通過新涂布的保護物質層并且與其表面上的該物質和氧反應。由于這個原因，電荷分離未被有效地促進，并且因此空穴和電子被不期望地重新結合，并且涂層物質的表面的反應性被降低，這導致例如不期望地降低的光催化活性的問題。另外，需要用于涂布的復雜過程，這增加了成本。而且，不能容易地獲得根據應用目的的期望涂層結構。

引用列表

專利文獻

PTL1：國家先進工業科學技術研究院等，日本專利申請特許公開(JP-A)號2008-149312

PTL2：Yamaha?Livingtec?Corporation，JP-A號2001-137711

PTL3：TOTO?LTD.，JP-A號2000-95976

PTL4：TOTO?LTD.，JP-A號2000-95977

發明內容

技術問題

本發明的目標是提供新型可見光響應性光催化劑，其中可見光響應半導體本身在堿性條件下具有提高的耐環境性。

解決問題的方案

由于對解決上述問題的廣泛研究，本發明人已經發現通過添加另一元素至堿性條件下不穩定的可見光響應半導體中，可見光響應半導體的耐環境性可被提高，而不損失對可見光的光催化作用。因此，問題已被解決。具體地，通過添加選自銅、鉭、鈮、鑭、鉍、鈣、鉻、錳和鋅中的至少一種元素至堿性條件下不穩定的氧化鎢中，它在堿性條件下的耐環境性被成功地提高，而不損失光催化作用。另外，已經發現當添加鉍時，光催化活性取決于條件被提高。

本發明人也已經發現，通過進一步進行堿處理通過添加選自銅、鉭、鈮、鑭、鉍、鈣、鉻、錳和鋅中的至少一種元素至氧化鎢制備的光催化劑，提高了光催化活性。

即，本申請提供以下發明。