[发明专利]光催化剂复合结构体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂复合结构体，特别涉及一种具有抗菌功能的分枝状光催化剂复合结构体及其制备方法。

背景技术

光催化剂作用的基本原理是电子与空穴对受紫外光激发时，电子克服能障跃迁至表面而引发其它的反应，如形成OH·或O·等自由基来降解污染物。目前纳米光催化剂(主要以二氧化钛为主)的制备方法主要有溶胶-凝胶法(US5840111，US6129786，US6429169，US6479031)、高温水热法(US5776239，US6306361，US6440383)、气相冷凝法(US5851507)、化学火焰燃烧法(US5672330，US6254940，US6409780)、化学气相沉积法(US6027766，US6413581)、微乳液法(US5879715)、电弧等离子体法(US5460701，US5874684，US6379419)、脉冲激光裂解法(US6387531)和机械球磨法(US6503475)等。

单就TiO₂而言，由于所激发出的电子与空穴重新结合率太快，从而减少表面的活性自由基分子数量而导致光催化剂活性不够。因此目前在光催化剂活性改良的方法中，主要以光催化剂表面结合金属来捕获电子或改变电子传递路径，以降低电子与空穴对的结合速率从而提高光催化剂活性。金属粒子结合光催化剂的制备方法有光催化沉积法(US6368668，US6265341，US5961843，JP11-315224，TW495384)；煅烧法(US6210779，US6268050，US6294246，US6294247，JP2002-320862，TW539579，TW471981，TW460322，TW279175)和氧化还原法(US5853866，US6027797，JP11-322524，JP2000-157839，TW406031，TW539579)等。上述方法所制备的光催化剂多数以二氧化钛为主要的光催化剂成分，结合的金属成份依功能性区分为抗菌性金属Zn、Ag和Cu；提高氧化分解能力的金属Ag、Pt、Cu、Pd；和可提高亲水性的金属如Li、Ca、Mg和Al。金属结合光催化剂所形成的形状多为纳米级至次微米级的球状结构物。活性金属结合其它载体如硫化锌(JP2005-120117)、二氧化硅(TW592824)或沸石(TW574074)等也被采用。

在光催化剂结合应用基材形成抗菌物体方面，一般均需使用粘合剂、釉料或有机溶剂来促进涂覆效果。例如TW375534以钛、铪、硼、锌等氧化物及钛酸锆作为光催化剂主体，以有机溶剂或水配合粘合剂在基材表面涂布后煅烧形成抗菌物体。US6294246及TW406031使用釉料、无机玻璃、热塑性树脂及含硅的粘合剂在基材表面制备多层光催化剂结构。TW279175则以氟化聚合物粘合剂将氧化钛和Fe和Zn的金属或金属化合物固定于基材上。

而US6368668则以2至60秒快速高温加热法使金属氧化物等光催化剂粒子群在每单位面积发热量为120MJ/m²h的基材上，将温度控制在1000℃左右的高温使金属氧化物光催化剂粒子因高热而直接与基材结合。

发明内容

上述现有技术文献的技术方案仍存在下面的问题：

1.光催化剂凝聚：纳米化的光催化剂在应用涂布时容易形成凝团凝聚，且有使用后不易过滤去除的二次污染问题。

2.额外的粘合剂：文献以各种粘合剂固定纳米光催化剂粒子群并与基材接合。然而二氧化钛光催化剂也会分解劣化粘合剂，造成光催化剂剥落。此外整体催化剂层的制备成本也将提高。

3.高温粘合：如US6368668以高温1000℃将金属氧化物催化剂与基材粘合，虽然作用时间短，但容易造成光催化剂相转变而使活性下降。

4.额外的紫外光：单纯以TiO₂为成分的催化剂需在有光环境下才能发挥效能。因此在一般家庭的室内生活应用会受到限制。

为避免上述潜在问题，本发明提供一种光催化剂复合结构体，该光催化剂复合结构体由纳米光催化剂粒子均匀涂布于分枝金属结构表面所构成，其功能特性如下：

1.纳米光催化剂粒子有效地分散于分枝金属结构表面，避免了凝聚现象，完全发挥了单个的纳米光催化剂粒子的效能。

2.纳米光催化剂粒子通过表面电性差异而与分枝结构金属形成复合结构，不需额外添加粘合剂，也不需以阴或阳离子表面活性剂来进行分枝结构金属的表面电性修饰，即可将光催化剂粒子与该分枝结构金属接合，具有制作程序简易的优点。