[發明專利]光催化劑和光催化劑的制造方法

有效

• 申請號: 201280076885.2
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN104768642A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 塚田峰春;納瓦拉格·弗洛倫斯·庫雷;穴澤俊久;若村正人
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J23/68;B01J35/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 金世煜;苗堃

技術領域

這里討論的實施方式涉及光催化劑和光催化劑的制造方法。

背景技術

近年來，發揮氧化分解作用、抗菌作用、防污作用等的氧化鈦(TiO₂)等一部分半導體物質所具有的光催化劑活性備受關注。這樣的具有光催化劑活性的上述半導體物質中，一般而言，如果吸收具有相當于其價帶與導帶之間的帶隙的能量的光，則存在于上述價帶的電子向上述導帶遷移。向上述導帶遷移的電子有向吸附在具有上述光催化劑活性的半導體物質的表面的物質移動的性質，在物質吸附于上述半導體物質的表面時，上述物質被上述電子還原。另一方面，如果存在于上述價帶的電子向上述導帶遷移，則在上述價帶產生空穴。而且，在上述價帶產生的空穴有從吸附在具有上述光催化劑活性的半導體物質的表面的物質奪取電子的性質，在物質吸附于上述半導體物質的表面時，上述物質被上述空穴奪取電子而被氧化。

對以上的現象進行具體說明，例如，對具有特別優異的光催化劑活性的氧化鈦進行觀察，如果氧化鈦吸收具有相當于其價帶與導帶之間的帶隙的能量的光，則上述氧化鈦中的存在于上述價帶的電子向上述導帶遷移。向上述導帶遷移的上述電子將空氣中的氧還原而生成超氧陰離子(·O₂^－)。另一方面，上述電子的遷移的結果是在上述價帶產生空穴。在上述價帶產生的上述空穴將吸附在上述氧化鈦表面的水氧化而生成羥基自由基(·OH)。此時，上述羥基自由基具有非常強的氧化力，因此當有機物等吸附在上述氧化鈦的表面時，上述有機物等在上述羥基自由基的作用下分解，最終分解成水和二氧化碳。如上所述，如果對氧化鈦等具有上述光催化劑活性的半導體物質照射具有相當于上述半導體物質的價帶與導帶之間的帶隙的能量的光，則上述半導體物質吸收上述光，將吸附在其表面的有機物等分解，結果體現氧化分解作用、抗菌作用、防污作用等。

因此，近來，特別是以氧化鈦為代表的具有上述光催化劑活性的半導體物質作為抗菌劑、殺菌劑、防污劑、除臭劑、環境凈化劑等被廣泛利用。例如，提出了使光催化劑性的氧化鈦附著在電子設備的按鈕，由此對上述按鈕賦予抗菌性的技術(例如，參照專利文獻1)。另外，提出了含有由化合價為2以下的金屬元素構成且具有光催化劑作用的粒子的光催化劑薄膜和在基材表面具備上述光催化劑薄膜的物品，所述金屬元素是電負性小于1.6且離子半徑小于0.2nm的元素(例如，參照專利文獻2)。

然而，在為這些提案時，存在如下的問題。即，激發顯示出優異的光催化劑活性的氧化鈦時所需的光能為3.2eV～3.3eV，將該光能換算成光的波長時，約為380nm。這意味著上述氧化鈦雖然在照射近紫外光時能被激發，但是在照射可見光(波長：400nm～800nm)時不被激發。太陽光中紫外光所占的比例少，僅為4％～5％，因此在利用太陽光作為照射光時，存在上述氧化鈦未體現充分的光催化劑活性這樣的問題。另外，在照射幾乎不存在紫外光的室內的熒光燈的光時，存在上述氧化鈦幾乎不體現光催化劑活性這樣的問題。

迫切期望開發一種氧化鈦，其解決如上所述的無法對在太陽光或室內的熒光燈下使用的物品賦予充分的光催化劑活性這樣的問題，并且在照射占太陽光的45％并占熒光燈的大部分的可見光時顯示充分的光催化劑活性的氧化鈦。因此，廣泛進行了與上述氧化鈦對可見光的響應相關的研究。

作為這樣的研究的一個例子，出于對上述氧化鈦賦予可見光響應的目的，提出了在上述氧化鈦中形成氧缺陷的方法、在上述氧化鈦中摻雜氮的方法等。但是，現狀是這些情況下得不到在實用性上滿足的成果，沒有脫離研究級別的領域。

另一方面，上述氧化鈦缺乏對物質的吸附能力，因此為了基于上述氧化鈦的光催化劑活性而體現氧化分解作用、抗菌作用、防污作用等，需要提高上述氧化鈦對分解對象物的吸附能力。

因此，由于作為這樣的對分解對象物的吸附能力優異的材料，屬于牙齒、骨骼等生物體硬組織的主成分的鈣羥基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂等磷灰石容易與各種陽離子、陰離子進行離子交換，具有高的生物體親和性和吸附特性，對蛋白質等有機物具有特異性吸附能力，所以進行了利用上述鈣羥基磷灰石等磷灰石的特性的技術的研究開發。