[发明专利]光催化剂材料、分解有机材料的方法、内部构件、空气净化装置和用于制备氧化剂的设备

说明书

技术领域

本发明涉及可见光活化的光催化剂材料、通过使用光催化剂材料分解有机材料的方法、以及分别由光催化剂材料形成的内部构件、空气净化装置和用于制备氧化剂的设备。

背景技术

近来，已经进行了许多研究来开发用于环境清洁、除味、除尘、灭菌等应用的多种光催化剂材料。这种催化剂材料设计为使用成本较低且具有明显降低的环境负荷的光作为氧化分解有机材料和无机材料(例如氮氧化物)的光源。

二氧化钛已经被广泛视为光催化剂，其在暴露于UV线时表现出活性。该催化剂材料已经被研究和开发来满足用于户内和几乎不暴露于UV线的情形的要求。例如，专利参考文献1(日本专利申请公开No.3601532)公开了一种表现出可见光活性的光催化剂材料，其中二氧化钛晶体的氧原子位点被氮原子部分取代。

在专利参考文献1的光催化剂材料中，二氧化钛晶体的氧原子位点被氮原子部分取代以在二氧化钛的带隙中形成新的孤立级，以具有可见光活性。当暴露于光子(每个光子的能量大于二氧化钛的带隙能)时，孤立级中的电子被激发到二氧化钛的导带，在孤立级中留下空穴以表现出活性。

然而，在二氧化钛的带隙中形成的孤立级具有小的电位，由此使因为暴露于可见光引起的电子的光激发所产生的空穴氧化不良。此外，孤立级中的空穴受自由迁移限制，从而对氧化基质表现出不良反应性。因此，专利参考文献1中的光催化剂材料表现出差的氧化分解活性，虽然也具有可见光活性。

三氧化钨在其价带内具有大的电位(3.1-3.2V vs SHE，pH＝0)，由此通过光照产生的空穴具有高度氧化性。三氧化钨在其导带底部具有0.3-0.5V的电位(3.1-3.2V vs SHE，pH＝0)，因此被广泛视为具有可见光活性的光催化剂材料。

然而，在导带底部的电位大于氧的一电子还原电势(-0.046V vs SHE，pH＝0)，因此不能使光激发的电子进行氧原子的一电子还原。光激发的电子与产生的空穴复合，用于将三氧化钨的W(VI)还原至W(V)以表现出光致变色，导致氧化分解活性降低。因此，三氧化钨表现出明显差的氧化分解活性。

本发明是在考虑上述问题的情况下完成的，目的是提供一种包含三氧化钨的光催化剂材料，所述三氧化钨通过可见光的照射被活化以表现出高的氧化分解活性。本发明的另一目的是通过利用高的氧化分解活性来提供分解有机材料的方法、内部构件、空气净化装置和制备氧化剂的设备。

发明内容

本发明的特征在于包含三氧化钨微粒的可见光活化的光催化剂材料，在所述三氧化钨微粒的表面上负载有二价铜盐。

负载于所述三氧化钨上的二价铜盐具有含量为三氧化钨重量的0.0001％至1％的铜。二价铜盐优选包含氢氧根阴离子。

在本发明中，使用二价铜盐作为用于氧的多电子还原的催化剂。所述光催化剂材料包含其表面上负载有二价铜盐的三氧化钨微粒，并且暴露于其能量大于三氧化钨带隙能的光。当光催化剂材料暴露于光时，三氧化钨价带中的电子被光激发到三氧化钨的导带，然后传递到二价铜盐的Cu(II)离子，从而将Cu(II)离子还原成Cu(I)离子。Cu(I)离子对环境氧原子进行多电子还原，以通过两电子还原产生过氧化氢和通过四电子还原产生水。同时，Cu(I)离子被氧化成Cu(II)离子。

两电子还原：2Cu(I)+O₂+2H⁺→2Cu(II)+H₂O₂

四电子还原：4Cu(I)+O₂+4H⁺→4Cu(II)+2H₂O

或者：3Cu(I)+O₂+4H⁺→2Cu(II)+Cu(III)+2H₂O

也就是说，三氧化钨上负载的二价铜盐的Cu(II)离子用作对氧进行多电子还原的催化剂。

在本发明中，从三氧化钨的价带光激发的电子通过上述机理有效地消耗以产生水和具有氧化活性的过氧化氢，由此克服常规三氧化钨的光激发电子的低活性。本发明中的光催化剂材料在暴露于可见光时表现出高的、有效的氧化分解性能。

三氧化钨在其价带处具有大的电位，其与二氧化钛的电位相当，并且在暴露于光时能够产生强氧化性空穴。与专利参考文献1中掺杂氮的二氧化钛(其中在孤立级中产生的空穴氧化性差)不同，本发明中的光催化剂材料表现出高度有效的氧化分解活性。

本发明中用于分解有机材料的方法的特征在于在暴露于可见光时借助于可见光活化的光催化剂来分解有机材料。