光催化劑及使用其的光催化劑分散液、光催化劑涂料、光催化劑膜和制品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施方式設(shè)及光催化劑W及使用該光催化劑的光催化劑分散液、光催化劑 涂料、光催化劑膜和制品。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為用于防污和除臭用途的光催化材料，已知有氧化鐵。光催化材料被用于室內(nèi) 外的建材、W及照明裝置、空氣凈化器、空調(diào)之類的家用電器、便器、洗手盆、鏡子、浴室等各 種領(lǐng)域中。然而，氧化鐵只有在紫外線區(qū)域才引起激發(fā)，因此，在紫外線少的室內(nèi)不能獲得 足夠的光催化性能。因此，人們正在進行即使在可見光下也能顯示出光催化性能的可見光 響應(yīng)型光催化劑的研究和開發(fā)。另外，為了提高紫外線響應(yīng)型氧化鐵的可見光的光催化性 能，人們正在研究在氧化鐵中滲雜氮或硫、或是負載其他金屬的情況。
[0003]作為可見光響應(yīng)型光催化劑，已知有氧化鶴。使用氧化鶴的光催化劑膜例如通過 將含有氧化鶴微粒的分散液涂布到需要賦予光催化性能的制品的基材表面上來形成。作為 光催化劑分散液，已知有例如通過將平均一次粒徑(D50)在1~400nm范圍內(nèi)的氧化鶴微粒 分散到水等中W使其pH處于1.5~6.5范圍內(nèi)而形成的水系分散液。利用運種水系分散液， 可使氧化鶴微粒的分散性提高，而且使含有氧化鶴微粒的膜的形成性提高。因此，可W得到 能夠穩(wěn)定地發(fā)揮氧化鶴微粒的光催化性能的光催化劑膜。
[0004]能夠使氧化鐵的可見光響應(yīng)性能提高的光催化劑，其光催化活性與光量成正比， 因此，只借助室內(nèi)照明的照度(數(shù)Ix~30001X左右)條件的光量，得不到足夠的光催化性能。 因此，在期待應(yīng)用光催化劑的居住空間，只有在照明光源的附近或其正下方的場所才能達 到效果。W往的含有氧化鶴微粒的光催化劑膜，例如在可見光的照度為20001X左右的環(huán)境 中，顯示出5%W上的氣體分解率。然而，考慮到光催化劑膜的實用性，由于其對乙醒等有害 氣體的分解性能未必充分，因此，要求提高在低照度下對氣體的分解性能。另外，W往的含 有氧化鶴微粒的光催化劑膜，由于對氣體的吸附力弱，因此在氣體濃度低的環(huán)境中，對氣體 的分解速度變慢，運是目前存在的課題。因此，人們要求可見光響應(yīng)型光催化劑對氣體的分 解能力達到高性能化。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1:國際公開第2008/117655號 [000引專利文獻2:國際公開第2009/031317號
[0009] 專利文獻3:國際公開第2009/110234號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的課題是，提供即使在可見光的照度低的環(huán)境中或是氣體濃度低的 環(huán)境中，也能發(fā)揮出良好的氣體分解能力等光催化性能的光催化劑W及使用該光催化劑的 光催化劑分散液、光催化劑涂料、光催化劑膜和制品。
[0011] 實施方式的光催化劑具備氧化鶴基微粒，其中含有5質(zhì)量％W上至100質(zhì)量％ ^下 范圍內(nèi)的氧化鶴。在采用拉曼分光法測定光催化劑的拉曼光譜中，在920cnfiW上至950cnfi W下范圍內(nèi)觀察到的峰的強度X與在SOOcnfiW上至SlOcnfiW下范圍內(nèi)觀察到的峰的強度Y 的比例(X/Y)，在大于0至0.04W下的范圍。
【附圖說明】
[0012] 圖訪示出在氧化鶴微粒的制作例中樣品A(比較例）、樣品D(實施例）、樣品F(比較 例）的拉曼光譜的圖。
【具體實施方式】
[0013]下面，說明用于實施本發(fā)明的光催化劑、光催化劑分散液、光催化劑涂料、光催化 劑膜、制品的方案。
[0014](光催化劑）
[0015] 實施方式的光催化劑具備氧化鶴基微粒，其中含有5~100質(zhì)量％范圍內(nèi)的氧化 鶴。作為構(gòu)成光催化劑的氧化鶴基微粒，可舉出氧化鶴的單獨微粒、或者氧化鶴與其他金屬 元素的混合體或復(fù)合體等微粒。在實施方式的光催化劑中，氧化鶴的含量在5~100質(zhì)量％ 的范圍。如果氧化鶴的含量低于5質(zhì)量％，則不能充分獲得基于氧化鶴微粒的可見光響應(yīng)型 光催化性能。氧化鶴的含量優(yōu)選在45質(zhì)量％W上。
[0016]實施方式的光催化劑可W含有鶴W外的金屬元素(下文記為"添加金屬元素"）。作 為光催化劑所含有的金屬元素，可舉出鶴W外的過渡金屬元素、鋒等鋒族元素、侶等上族金 屬元素。過渡金屬元素是指原子序數(shù)21~29、39~47、57~79、89~109的元素，光催化劑中 也可W含有運些過渡金屬中鶴(原子序數(shù)74)W外的金屬元素。鋒族元素為原子序數(shù)30、48、 80的元素，±族金屬元素為原子序數(shù)13、31、49、81的元素。光催化劑中也可^含有運些金屬 元素。通過使光催化劑含有適量范圍的金屬元素，可W提高光催化劑的可見光響應(yīng)型的光 催化性能。
[0017]在光催化劑中，添加金屬元素的含量優(yōu)選在0.001~50質(zhì)量％的范圍。如果添加金 屬元素的含量低于0.001質(zhì)量％，則不能獲得充分提高光催化性能的效果。如果添加金屬元 素的含量大于50質(zhì)量％，則氧化鶴的含量相對減少，可能會使基于氧化鶴微粒的光催化性 能降低。添加金屬元素的含量更優(yōu)選在0.005~10質(zhì)量％的范圍。通過使光催化劑含有上述 范圍內(nèi)的添加金屬元素，可有效提高實施方式的光催化劑的光催化性能。
[0018]光催化劑中可含有的金屬元素（添加金屬元素）優(yōu)選為選自鐵（Ti)、錯（Zr)、儘 (Mn)、鐵(Fe)、釘(Ru)、儀(Ni)、鈕(Pd)、銷(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、姉(Ce)和侶(Al)中的至少 1 種。通過使光催化劑含有0.005~10質(zhì)量％范圍內(nèi)的上述金屬元素，可更有效地提高實施方 式的光催化劑的光催化性能。
[0019]作為光催化劑中添加金屬元素的存在形態(tài)的代表例，可舉出金屬氧化物。光催化 劑優(yōu)選含有氧化鶴W外的添加金屬元素的氧化物。在光催化劑中，添加金屬元素的氧化物 的含量優(yōu)選在0.01~70質(zhì)量％的范圍。通過使光催化劑含有該范圍內(nèi)的添加金屬元素的氧 化物，可W進一步提高光催化劑的光催化性能。添加金屬元素的氧化物更優(yōu)選為選自氧化 錯、氧化鐵和氧化釘中的至少I種。通過使光催化劑含有運種金屬氧化物，可W更有效地提 高光催化性能。光催化劑中除氧化鶴W外的金屬氧化物的含量更優(yōu)選在0.02~55質(zhì)量％的 范圍。
[0020] 在實施方式的光催化劑中，添加金屬元素可WW各種形態(tài)被含有。光催化劑可W W添加金屬元素的單質(zhì)、氧化物等化合物、與氧化鶴形成的復(fù)合化合物等形態(tài)，含有添加金 屬元素。添加金屬元素也可W由巧巾W上金屬元素形成復(fù)合氧化物。進而，添加金屬元素的 單質(zhì)或化合物也可W負載于氧化鶴上?；蛘撸趸Q也可W負載于添加金屬元素的化合物 等上。
[0021] 作為含有添加金屬元素的氧化鶴基微粒的具體例，可舉出氧化鶴微粒與添加金屬 元素的單質(zhì)微粒(金屬微粒)或化合物微粒等形成的混合物、氧化鶴與添加金屬元素的單質(zhì) 或化合物等形成的混合物微粒、氧化鶴與添加金屬元素的單質(zhì)或化合物等形成的合金微 粒、氧化鶴與添加金屬元素的單質(zhì)或化合物等形成的復(fù)合化合物微粒、氧化鶴與添加金屬 元素的單質(zhì)或化合物等形成的載體微粒等。運些微粒僅僅是氧化鶴基微粒的一例，實施方 式的光催化劑不限定于此。
[0022] 在實施方式的光催化劑含有添加金屬元素的情況下，對于氧化鶴與添加金屬元素 的復(fù)合方法沒有特殊限定。在要使氧化鶴與添加金屬元素混合或復(fù)合時，可W采用將氧化 鶴粉末與添加金屬元素的單質(zhì)粉末(金屬粉末)或化合物粉末(例如金屬氧化物粉末)混合 的方法、將至少一方制成溶液、分散液、溶膠等再進行混合的方法、浸潰法、負載法等各種混 合法或復(fù)合法。例如，當(dāng)添加的金屬氧化物為氧化錯時，可W采用各種形狀的氧化錯，但優(yōu) 選其一次粒子為棒狀。優(yōu)選是將具有由棒狀的一次粒子凝集而成的粒子的氧化錯溶膠與氧 化鶴微?；蛴善浞稚⒂谒戎卸傻姆稚⒁夯旌?。
[0023]實施方式的光催化劑也可W含有作為微量雜質(zhì)的金屬元素等。作為雜質(zhì)元素的金 屬元素的含量優(yōu)選為2質(zhì)量％ ^下。作為雜質(zhì)金屬元素，可舉出一般在鶴礦石中含有的元 素、或是在制造作為原料使用的鶴化合物時混入的污染元素等。作為雜質(zhì)金屬元素，可舉出 Fe、Mo、Mn、Cu、Ti、41、〔曰、化、燈、]\%等。但是，在將運些元素作為添加金屬元素使用的情況 下，就不限定于此。
[0024]當(dāng)采用拉曼分光法分析結(jié)晶性和表面狀態(tài)等微細結(jié)構(gòu)時，實施方式的光催化劑具 有W下特征。在作為采用拉曼分^光法測定光催化劑的結(jié)果的拉曼光譜中，在920~950cnfi 的范圍觀察到的峰的強度X與在800~SlOcnfi的范圍觀察到的峰的強度Y之比(X/Y)處于0< X/Y含0.04的范圍。在光催化劑具有該拉曼峰的強度比(X/Y)的情況下，可W提高W氧化鶴 微粒為基質(zhì)的光催化劑對氣體的分解能力等光催化性能。具體而言，即使在可見光的照度 低的環(huán)境中或是在氣體濃度低的環(huán)境中，也可W獲得良好的對氣體的分解能力等光催化性 能。
[0025]目P，氧化鶴微粒在可見光的照射下可發(fā)揮其對氣體的分解能力等光催化性能。然 而，在可見光照度低的環(huán)境中，不能充分發(fā)揮氧化鶴的光催化性能。進而，隨著氣體濃度從 初期濃度逐漸降低，氧化鶴對氣體的分解速度變慢。認為，運是由于氧化鶴對氣體分解時生 成的中間物質(zhì)的分解性能降低，而且在氣體低濃度環(huán)境中，氧化鶴對氣體的吸附力降低。本 發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，如果要提高在低照度可見光的照射下氧化鶴對氣體的分解能力和氧化鶴對