[发明专利]具有光催化性质的材料

说明书

本发明涉及光催化材料，特别是在其受到低能辐射时具有光催化活 性的材料领域。

氧化钛，特别在其以锐钛矿形式结晶时，具有光催化性质：被波长 小于或等于380纳米(因此位于紫外线范围内)的辐射激发，其具有催化 自由基氧化反应的特性。在辐射的作用下，产生电子-空穴对，其有助于 降解氧化钛表面上可能存在的有机化合物。包含基于光催化性氧化钛的 涂层的材料因此具有下列特别显著的性质：其是自洁的、抗菌的，或净 化受污染的液态或气态流出物。这类材料例如从申请EP-A-0 850 204中 获知。

氧化钛的一个缺点在于，其光催化活性主要由高能辐射(在这种情 况下为紫外线辐射)引发。当该材料暴露在太阳辐射下时，这种缺点无 害，因为太阳辐射包含在紫外线中的成分，但当该材料位于较少受到紫 外线辐射的地点(住宅室内、车辆车厢、隧道等)时，这就变得不利。 大部分太阳紫外线辐射实际上被窗玻璃组件吸收，而人造光源仅微弱发 射紫外线。因此，需要开发可以用位于可见光或甚至红外线范围的波长 提高其活性的光催化层。

已经提出对此问题的解决方案，特别包括用各种原子(例如氮)掺 杂氧化钛的晶格以改变氧化钛的价带和导带之间的间隙。这种解决方案 例如描述在申请WO 2005/102953中。

但是，这些解决方案并非没有缺点，因为如此掺杂的材料在可见光 范围内具有吸收，因此具有一定着色。该掺杂还造成氧化钛结构中的缺 陷，导致量子产额降低。

本发明的目的是提供基于氧化钛的光催化材料，其光催化活性即使 在不存在紫外线辐射的情况下也可以被提高，同时没有上述缺点。

为此，本发明的一个主题是一种包含基底的材料，在该基底的至少 一面的至少一部分上涂有包含光催化性氧化钛的涂层。该材料的特征在 于，所述基底和/或位于所述基底和所述包含光催化性氧化钛的涂层之间 的涂层包含至少一种能将其波长在可见光或红外线范围内的辐射转化 成其波长在紫外线范围内的辐射的化合物。

所述能将其波长在可见光或红外线范围内的辐射转化成其波长在 紫外线范围内的辐射的化合物将在下文中以及在权利要求书中被称作 “波长转化化合物(compose convertisseur de longueur d’onde)”。要理解的 是，该术语不能以不同方式解释。其特别不能被解释为不能发出紫外线 辐射的遮盖化合物(couvrant composés)或能将包括在紫外线范围内的辐 射转化成可见光或红外线范围内的辐射的遮盖化合物。

在本发明的含义内，紫外线范围包括100至400纳米的波长。可见 光范围包括400至800纳米的波长。红外线范围包括800纳米至12微 米的波长。

荧光化合物具有在其受到给定波长的辐射时重发射与入射辐射相 比波长较高因此能量较低的第二辐射的特性。

但是，最近已经发现能发射能量比入射辐射高的辐射的化合物。这 种现象极少见，其被解释为多个光子被一个相同离子相继吸收或被不同 离子吸收接着在所述离子之间进行能量转移。实际上，这仅见于少数离 子，特别是稀土离子或过渡金属离子。此外，相关的发光效率通常极低， 因为这种现象出现的可能性本身极低。在这些化合物中，一些将红外线 辐射转化成可见光辐射，并可用于成像、光生伏打电学等领域。在本发 明中被称作“波长转化化合物”的其它更少见的化合物能将可见光或红 外线辐射转化成紫外线辐射。

在本发明的材料中，这种化合物存在于基于氧化钛的光催化涂层下 方，其在下层内或在基底本身内。本发明的工作原理可以以下列方式示 意性描述：由于氧化钛对于大部分可见光或红外线辐射是透明的，这种 辐射穿过光催化涂层，随后被波长转化化合物部分吸收。这种化合物随 后各向同性地重发射紫外线辐射，其一部分被氧化钛吸收。受这种紫外 线辐射激发的氧化钛随后充分发挥其光催化剂作用。重要的是，使该波 长转化化合物位于光催化涂层下方而非其上方，因为有机污渍必定接触 氧化钛。

基底优选由玻璃(尤其是由钠钙玻璃或硼硅玻璃)制成、由陶瓷制 成、由玻璃-陶瓷制成或由聚合物材料制成。其有利地是平面或曲面的。 该基底优选至少部分透明。该基底也可以是纤维质的，例如矿棉(玻璃 棉或石棉)垫、玻璃或二氧化硅纤维毡或织物。当基底由聚合物材料制 成时，其优选由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯 (PVC)、聚乙烯或聚丙烯制成。