[发明专利]光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有可见光活性的光催化材料以及制备所述光催化材料的方法。

背景技术

光催化材料显示出氧化活性并且通过利用可以低成本获得且对环境具有非常小负担的光作为其能源分解有机物质和一些无机物质如氮氧化物。最近趋势是光催化材料在更广泛应用领域如环境净化、除臭、防污和消毒中使用，已经开发和研究各种光催化材料。尤其需要能够在可见光照射下显示出其活性的光催化材料并且由此已经开展各种研究和开发。

近些年已经尝试开发含有氧化钨作为基质组分的光响应光催化材料。然而，由于氧化钨耐碱性差，进一步需要具有较高柔韧性的二氧化钛基材料。

迄今已作出许多研究以通过向其中加入金属离子组分而使二氧化钛具有良好的可见光响应性。例如，专利文献1公开了可见光响应的光催化材料，其通过当硫酸钛或含氧硫酸钛进行水解以合成二氧化钛时使过渡金属组分共存而获得。然而，在专利文献1中，在其说明书中示例的许多过渡金属组分中，仅Fe实际用于实施专利文献1的发明的实施例中，而其中没有描述其他过渡金属组分的作用，因此不确定。

专利文献2公开了具有可见光响应特性的含W二氧化钛。然而，就专利文献2中描述的实施例而言，其中获得的二氧化钛具有低结晶性且W添加效果不确定。此外，在专利文献2中，仅就除氨试验结果而言，描述了含W二氧化钛具有分解有机物质的活性。然而，其理由不清晰且所达到的结论令人不满意。此外，在专利文献2的实施例中，使用包括紫外光组件的发光荧光灯作为光源。因此，仅由专利文献2实施例的结果不能证实其中获得的光催化剂在可见光照射下是否具有分解有机物质的活性。

[现有技术文献]

专利文献1：JP-A 2002-60221

专利文献2：JP 4250332

发明公开

发明要解决的问题

就在本领域存在的上述问题而言，本发明目的是提供在可见光照射下具有高氧化分解活性的二氧化钛基催化材料和制备所述催化材料的方法。

解决问题的手段

由于关于二氧化钛在可见光照射下能够显示出高氧化分解活性的各种广泛研究，本发明人发现当将预期显示出从二氧化钛导带的下端电势向正电势侧移动的作用的金属离子或预期显示出在二氧化钛导带下端电势的正电势侧形成孤立能级的作用的金属离子掺杂到二氧化钛中时，可以制备能够吸收可见光的二氧化钛基材料，并且进一步当对于氧的多电子还原催化剂负载于二氧化钛基材料表面时，可以成功地开发在可见光照射下能够显示出光催化作用的光催化材料。

而且，由于通过改进基于上述发现的技术以获得具有较高氧化分解活性的可见光响应的光催化材料的其他广泛研究，发现钨为二氧化钛的合适掺杂剂并且铜和铁适合作为要与掺杂剂组合的多电子还原催化剂组分。本发明基于上述发现完成。

此外，发现通过任何其中在通过在水溶液中水解合成二氧化钛时进行掺杂的方法，其中在气相方法合成二氧化钛时进行掺杂的方法和其中通过将金属离子组分负载于二氧化钛粉末上且然后热处理所得材料进行掺杂的方法，可将包括钨的金属离子组分有效掺杂到二氧化钛中。

因此，本发明涉及以下方面：

[1]一种具有可见光活性的光催化材料，包含钨掺杂的二氧化钛或钨/镓共掺杂的二氧化钛和负载于掺杂或共掺杂二氧化钛表面的二价铜盐和/或三价铁盐。

[2]如上文第[1]方面描述的光催化材料，其中钨掺杂的二氧化钛中钨与钛的摩尔比(W∶Ti)为0.01∶1-0.1∶1。

[3]如上文第[1]方面描述的光催化材料，其中钨/镓共掺杂的二氧化钛中钨与钛的摩尔比(W∶Ti)为0.01∶1-0.1∶1并且钨/镓共掺杂的二氧化钛中钨与镓的摩尔比(W∶Ga)为1∶1.5-1∶2.5。

[4]如上文第[1]-[3]方面中任一项描述的光催化材料，其中二氧化钛以50％或更大的量含有金红石型晶体结构。

[5]如上文第[1]-[3]方面中任一项描述的光催化材料，其中二氧化钛以50％或更大的量含有锐钛矿型晶体结构。

[6]如上文第[1]-[3]方面中任一项描述的光催化材料，其中二氧化钛以50％或更大的量含有板钛矿型晶体结构。

[7]一种制备如上文第[1]-[6]方面中任一项描述的光催化材料的方法，依次包括以下步骤：

掺杂步骤：干燥和固化含有六价钨盐和四价钛盐的混合溶液或含有六价钨盐、四价钛盐和三价镓盐的混合溶液，然后在600-1200℃的温度下煅烧所得干燥固体以获得钨掺杂的二氧化钛或钨/镓共掺杂的二氧化钛；和