[发明专利]具有耐环境性的新型可见光响应性光催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及具有耐环境性的新型可见光响应性光催化剂。

背景技术

响应日光或室内光以吸附、分解和去除环境污染物或对附着至物体表面的污垢具有自洁作用的光催化剂目前已受到关注，并且已经被积极研究。二氧化钛是典型的光催化剂之一，并且具备强的光催化活性。但是，二氧化钛具有大的带隙并且对于主要由日光构成的可见光没有吸收性能。二氧化钛具有紫外光光催化活性，但是不具有可见光活性。由于这个原因，二氧化钛不能充分地利用日光。另外，二氧化钛在具有极弱紫外光的室内情况中不起作用。

作为解决这些问题的措施，已经进行研究来通过用氮等掺杂二氧化钛提高二氧化钛，使得二氧化钛能够吸收可见光。另外，已经进行研究来寻找二氧化钛以外的新型氧化物半导体，该新型氧化物半导体响应可见光以展示作为光催化剂的活性。也已知，可见光响应半导体化合物如氧化钨具有比二氧化钛的带隙更小的带隙，并且能够吸收可见光，并且这种可见光响应半导体化合物通过添加适合的助催化剂如CuO、CuBi₂O₄、铜离子、铂和钯或在可见光响应半导体化合物的表面上负载助催化剂而作为可见光活性光催化剂(可见光响应性光催化剂)有效地工作(例如PTL1)。

遗憾地，许多这些半导体化合物和助催化剂在苛刻条件如碱性或酸性条件下是不稳定物质，并且在应用范围内有局限。例如，氧化钨在碱性条件下容易溶解，并且当其在例如使用碱性洗涤剂的水槽的地方时不能使用。由于这个原因，在碱性和酸洗条件下稳定的可见光响应性光催化剂已被期望用于房子内厨房和浴室的各种应用中。

为了在碱性和酸性条件下稳定使用这种物质，在相关领域已经进行了各种研究。例如，为了在基层材料的表面上形成具有高抗碱性的光催化剂层，报道了这样的方法：其中，使用含如锆、钛和铝的化合物的树脂在基层材料上形成底涂层；使用含锆、钛等的化合物的组合物进一步形成中间层；在中间层上，使用含光催化剂颗粒和锆化合物作为粘合剂的组合物形成光催化剂层；从而，防止光催化剂层从基层材料上剥离(PTL2)。此外，为了改善抗菌光催化涂层材料的抗碱性，报道了其中将聚硅氧烷和丙烯酸聚合物添加至含光催化剂的水性涂层材料以形成复合材料的方法，以及其中将光催化剂干燥粉末包含在丙烯酸硅涂层材料中的方法(PTL3和4)。

这些是其中基层材料表面或光催化剂用稳定物质涂布以保护基层材料表面或光催化剂免遭受碱的方法。但是，对于光催化反应，通过用光照射产生的空穴和电子需要到达外表面。另外，空穴需要通过氧化分解反应物质如有机物质，并且电子需要通过空气中的氧的还原被消耗。如果光催化剂用这种涂布保护，空穴和电子都必须通过新涂布的保护物质层并且与其表面上的该物质和氧反应。由于这个原因，电荷分离未被有效地促进，并且因此空穴和电子被不期望地重新结合，并且涂层物质的表面的反应性被降低，这导致例如不期望地降低的光催化活性的问题。另外，需要用于涂布的复杂过程，这增加了成本。而且，不能容易地获得根据应用目的的期望涂层结构。

引用列表

专利文献

PTL1：国家先进工业科学技术研究院等，日本专利申请特许公开(JP-A)号2008-149312

PTL2：Yamaha Livingtec Corporation，JP-A号2001-137711

PTL3：TOTO LTD.，JP-A号2000-95976

PTL4：TOTO LTD.，JP-A号2000-95977

发明内容

技术问题

本发明的目标是提供新型可见光响应性光催化剂，其中可见光响应半导体本身在碱性条件下具有提高的耐环境性。

解决问题的方案

由于对解决上述问题的广泛研究，本发明人已经发现通过添加另一元素至碱性条件下不稳定的可见光响应半导体中，可见光响应半导体的耐环境性可被提高，而不损失对可见光的光催化作用。因此，问题已被解决。具体地，通过添加选自铜、钽、铌、镧、铋、钙、铬、锰和锌中的至少一种元素至碱性条件下不稳定的氧化钨中，它在碱性条件下的耐环境性被成功地提高，而不损失光催化作用。另外，已经发现当添加铋时，光催化活性取决于条件被提高。

本发明人也已经发现，通过进一步进行碱处理通过添加选自铜、钽、铌、镧、铋、钙、铬、锰和锌中的至少一种元素至氧化钨制备的光催化剂，提高了光催化活性。

即，本申请提供以下发明。