[发明专利]二氧化钛光触媒及其制造方法无效
申请号: | 200610170490.5 | 申请日: | 2006-12-31 |
公开(公告)号: | CN101209413A | 公开(公告)日: | 2008-07-02 |
发明(设计)人: | 汪大永;林晓呈 | 申请(专利权)人: | 明道管理学院 |
主分类号: | B01J21/06 | 分类号: | B01J21/06;B01J23/70;B01J37/34;C23C14/34 |
代理公司: | 天津三元专利商标代理有限责任公司 | 代理人: | 胡婉明 |
地址: | 中国*** | 国省代码: | 中国台湾;71 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 氧化 触媒 及其 制造 方法 | ||
一、技术领域
本发明涉及触媒,尤其涉及一种制造一种能带间隙较低,可被可见光催化的二氧化钛光触媒及其制造方法。
二、背景技术
伴随着科技与工业的快速发展,环境中的污染也日趋严重,其中如各式有害之的病菌与致癌物质、挥发性有机气体、烟害所生的尼古丁、腐败食物的臭味与厨房浴室的霉菌等等,这些都是潜藏在生活环境周围的危机,为提升生活质量与确保人体健康,对于散布在环境中的有害物质便不可不重视。
光触媒的研究发展起因于公元1972年,本多·藤嵨效應(Honda-Fujishimaeffect),当时发现光线照射二氧化钛(titanium dioxide)时,水会生成电解的现象,随后又经历数十年的演进,现今通过光触媒的光催化(photocatalysis)反应原理,可达到抗癌、脱臭、防雾、去污、杀菌等多重功效。
光催化反应其主要是利用光触媒在受到特定波长的光源照射时,光触媒表面位于价带(valence band)的电子会吸收光源能量,而被激发至传导带(conductive band),在该电子脱离的位置便会形成电洞,电洞具有夺取电子的能力,因此该电洞会将附近水分子所游离出的氢氧基(OH-)氧化,形成氢氧自由基(·OH);跳脱的电子则会将附近的氧气激发成过氧自由基(·H2O2);氢氧自由基与过氧自由基分别具有活性极大的氧化、还原能力,而一般的污染物、病源体多为碳水化合物,故可通过氧化还原反应将其键结破坏,分解成无害的二氧化碳与水分子,达到去污抗菌的功效。
除此之外,在合适波长的光源照射后,还可增加光触媒的亲水性,大幅降低物质表面与水的接触角度,消减疏水现象,避免水气冷凝成水滴,而生成物质表面模糊等不便,并可使水分容易渗入污垢与光触媒的界面,让污垢随水冲刷脱落而具有自清效果。
上述光触媒所具有的诸多功效必需满足一条件才能发生,该首要条件便是需要提供与能带间隙(energy band gap)相符的能量,故,还行业界常选用制造光触媒的材料为二氧化钛(TiO2),其化学性质稳定,且价带与导电带的能距较小,较易发生光催化反应。
然而,该二氧化钛光触媒的能距虽较其它材质小,但是仍有3.2eV(electron volt),其相当于波长387.5nm(nanometer)的光源所带的能量,该波长落入紫外光的波长范围中,故为对人体有害的紫外光光源,因此使用较为不便;再者,太阳光能量中,分布最强的光源波长约在530nm左右的范围,而紫外光所占的比例尚不及十分之一。
由上所述可知,采用二氧化钛做为光触媒材质,其可吸收的光源能量来源不仅有害,且十分有限,需要再将其能距降低至可见光范围方可提高其实用性。
参阅2004-255332号的日本专利,其是以溅射(sputtering)的方式,制作出由氧化钛以及氧化矽顺序沉积的复合半导体(coupledsemiconductor)混合层,供结合两种不同能带间隙的半导体触媒,这样,当光源只激发能隙较低的氧化矽半导体电子时,通过电位差该电子也可传递至能隙较大、能带电位较高的氧化钛传导带上;然而,现有前案以溅射方式制作出的光触媒材料,其成本较高,且不易连续操作,生产制造时存在着相当大的不便,故仍有需要改善的缺点。
参阅中国台湾专利证书号I246939号专利,其是以电弧电浆喷雾法制造出氧化锌并包括有氮与铁、铬、铅等群族的光触媒材料,然而,电弧电浆喷雾法的成本仍然偏高,且由该现有前案第四图中可知,其光触媒材料对于波长400~450nm之间的光源吸收率较佳,而太阳光中能量分布最强的530nm左右的光源吸收率则稍嫌低落,因此也有未尽理想之处。
现有的制造方式中尚有化学气相沉渍法(chemical vapourdecomposition)、金属热氧化法(thermal oxidation of the metal)、金属盐类热分解法(thermal decomposition of metal salts)、水热法(hydrothermal method)等方式,但都受生产成本、操作环境、成品质量与安全性等负面因素的限制,实用性较差。
三、发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点,而提供一种二氧化钛光触媒及其制造方法,其具有对可见光吸收率佳、制造成本较低、成品质量稳定等优点。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
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