[发明专利]对可见光敏感的光催化剂、其制法及含其的分解池和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0043477号的权益，其公开内容通过引用全部引入本文。

技术领域

本公开涉及对可见光敏感的光催化剂(可见光敏感性光催化剂，visible light sensitive photocatalyst)，并且更具体地，涉及能够分解水的对可见光敏感的光催化剂，生产所述对可见光敏感的光催化剂的方法，以及各自包括该对可见光敏感的光催化剂的电化学水分解池(单元，cell)和有机材料分解系统。

背景技术

当光催化剂接收具有等于或大于带隙能量的能级的光时，电子从价带激发到导带，且因此，电子被置于导带中并且在价带中形成空穴。电子和空穴可扩散至光催化剂的表面并参与氧化和还原反应。

光催化用于使用太阳能直接分解水以产生氢，氢是可供选择的下一代能源。光催化还可用于分解挥发性有机化合物(VOC)、令人不愉快的气味、废水、可分解的难熔性污染材料和环境激素，以及可用于灭杀微生物和细菌。因此，在室温下仅使用太阳能的光催化剂技术对于生产氢和对于清洁环境是有用的，并且由于用作解决环境问题的有力方法而受到关注。

二氧化钛(TiO₂)在商业上用作光催化剂，并且具有优异的有机材料和水分解特性。然而，TiO₂包括仅响应于占太阳光的约4%的紫外光的光催化。因此，为了有效地使用光催化剂技术，存在开发有效地使用占太阳光的约43%的可见光的具有高的可见光活性的光催化剂材料的需要。

发明内容

提供对可见光敏感的光催化剂，其具有高的可见光吸收，使电荷传输损失最小化，并且能够分解水。

提供生产所述对可见光敏感的光催化剂的方法。

提供各自包括所述对可见光敏感的光催化剂的电化学水分解池和有机材料分解系统。

另外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且，部分地将从所述描述明晰，或可通过所给出的实施方案的实施而学到。

根据本发明的一个方面，对可见光敏感的光催化剂包括通过异质结(heterojunction)结合的至少两种金属氧化物的复合物，其中各金属氧化物包括具有nd¹⁰的电子排布的金属，其中n是3、4或5，其中所述金属之间的键具有小于所述金属之间的范德华距离的长度，其中所述复合物具有范围从约1.0到约2.5eV的带隙能量。

所述对可见光敏感的光催化剂可为通过异质结结合的由下式1表示的金属氧化物和由下式2表示的金属氧化物的复合物：

<式1>

M1_m(Si_aA_1-a)_bO_c

其中，在式1中，M1是Cu、Ag或Au，A是Ge或Sn，1.5≤m≤2.5，0≤a≤1，0.7≤b≤1.3和2.7≤c≤3.3，

<式2>

M1_n{(Si_dA_1-d)O_e}_fC1_g

其中，在式2中，M1是Cu、Ag或Au，A是Ge或Sn，C1是金属盐(M1C1)的阴离子，例如，NO₃^-、F^-、Cl^-、Br^-或I^-阴离子，8≤n≤10，0≤d≤1，3.5≤e≤4.5，1.5≤f≤2.5和0.5≤g≤1.5。

式1的金属氧化物可为Ag₂SiO₃，和式2的金属氧化物可为Ag₉{(Si_xGe_1-x)O₄}₂NO₃其中0≤x≤1。

根据本发明的另一个方面，制备对可见光敏感的光催化剂的方法包括：混合由下式3表示的金属氧化物与具有nd¹⁰的电子排布的11族金属(M1)的金属盐(M1C1)以形成混合物，其中n是3、4或5：

<式3>

M2_p(Si_qA_1-q)_rO_s