CN102164653A - 用于室内空气品质应用的催化基板和形成催化涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

用于从空气移除空气传播的挥发性化合物的催化装置包括基板和电沉积的催化涂层。该基板具有表面。电沉积的催化涂层在基板表面上。电沉积的催化涂层包括能与空气传播的挥发性化合物相互作用的催化剂。电沉积的催化涂层具有多重模态孔隙率分布。

Description

用于室内空气品质应用的催化基板和形成催化涂层的方法
背景技术
一些建筑物利用空气净化系统来移除空气传播的物质，诸如苯、甲醛和来自空气供应的其它污染物。这些净化系统中的一些包括光催化反应器，光催化反应器利用包含光催化剂氧化物的基板或筒。当放置于适当光源（通常为紫外光源）下时，光催化剂氧化物与空气传播的水分子相互作用以形成羟基自由基或其它活性物种。羟基自由基然后攻击污染物且开始氧化反应，氧化反应将污染物转化成危害较小的化合物，诸如水和二氧化碳。还认为水蒸汽，合适能量的光子和光催化剂的组合也生成活性氧剂，如过氧化氢，由W. Kubo and T. Tatsuma，20 Analytical Sciences 591-93 （2004）所提议。
常用的紫外光催化剂是二氧化钛（TiO2），另外被称作氧化钛。发现Degussa P25氧化钛和氧化钨嫁接的氧化钛催化剂（诸如在P25上的氧化钨）在紫外光源下移除有机污染物特别有效。参看Wei等人的美国专利No.7,255,831，“Tungsten Oxide/Titanium Dioxide Photocatalyst for Improving Indoor Air Quality”。
发明内容
用于从空气移除空气传播的挥发性化合物的催化装置包括基板和电沉积的催化涂层。基板具有表面。电沉积的催化涂层在基板表面上。电沉积的催化涂层包括能与空气传播的挥发性化合物相互作用的催化剂。电沉积的催化涂层具有多重模态孔隙率分布。
附图说明
图1是紫外光催化氧化空气净化系统的示意图。
图2是电沉积过程的流程图。
图3是电泳沉积系统的示意图。
图4是电解沉积系统的示意图。
具体实施方式
图1是紫外光催化氧化空气净化系统10的示意图，其包括入口12，出口14，可选的预滤器16，含挥发性硅的化合物（VSCC）过滤器18，光催化反应器20（其包括基板22、催化涂层24和紫外光源26）和风扇28。可选的收集器30可用于在挥发性化合物传递经过光催化反应器20之前暂时地收集一些挥发性化合物，诸如挥发性有机化合物（VOC）。举例而言，吸附床（例如活性炭或沸石）可用于收集VOC用于随后释放（例如，通过加热且随后挥发所收集的VOC）到光催化反应器20内。收集器30可整合或合并到VSCC过滤器18内。控制器32协调收集器30的操作与风扇28和紫外光源26的操作。举例而言，在紫外光源26不操作时，收集器30可操作。在一些情况下，风扇28可与收集器30一起操作，例如，以将潮湿或热空气抽吸到VSCC过滤器18内用于进一步的矿化过程。
风扇28通过入口12将周围空气抽吸到系统10内。空气流A穿过预滤器16和VSCC过滤器18且然后穿过光催化反应器20和风扇28到出口14。预滤器16通过截留粒子和灰尘而移除灰尘和粒子。VSCC过滤器18移除含挥发性硅的化合物（VSCC）使得它们并不到达光催化涂层24且不会使光催化反应器20的性能降级。也可通过吸附于过滤器16或18上而移除其它挥发性有机化合物（VOC）。尽管图1描绘了预滤器16和VSCC过滤器18作为分开的结构，但是VSCC过滤器18和预滤器16可整合或合并为一个过滤器。
当暴露到来自紫外光源26的紫外光辐射时，在基板22上包含光催化剂的催化涂层24与空气传播的水分子相互作用以产生反应性物种，诸如羟自由基、过氧化氢、过氧化氢自由基和超氧离子。这些反应性物种与空气中的VOC相互作用以将VOC转变成诸如二氧化碳和水的副产物。因此，空气流A在其通过出口14离开系统10时包含的污染物少于其通过入口12进入系统10时包含的污染物。氧化钛是光催化剂的一个实例。
催化涂层24也可包含光催化剂与热催化粒子的组合。实例热催化剂包括金、氧化锰和铂。在氧存在的情况下，金充当氧化催化剂以将一氧化碳转换成二氧化碳。氧化锰将臭氧分解成分子氧。在氧存在的情况下，铂将低极性有机化合物氧化成二氧化碳。在一个实例中，催化涂层24可包含氧化钛和金粒子。
在图1中，基板22被示意性地描绘为平板。实际上， 基板22可呈多种不同形式，其可被配置成使催化涂层24所在的表面积最大或者使经过基板的非层流（例如，湍流）的范围最大。可使用多孔基板，诸如蜂巢，离散蜂巢结构的分段和径向偏移阵列，丝网，筛网，波纹结构，纺织结构，非纺织结构，毡和织物。基板22也可为材料的混合物。基板22可被配置为平坦结构，单弯曲结构或多弯曲结构。此外，基板22可被配置为同时呈平坦和弯曲结构。
基板22被涂有催化涂层24。在先前，通常通过喷涂或浸涂将紫外光催化剂涂层涂覆到基板（例如，蜂巢结构）。喷涂由于过喷而导致损失材料，且限制在喷射的视线之外的特征（例如，底切、阴影区域、深通道等）的涂层。举例而言，在蜂巢结构内深通道的喷涂将通常导致不均匀的涂层或阻挡孔开口。浸涂在很大程度上取决于待涂层的部件的方位和相对浸渍方向。喷涂和浸涂方法导致不均匀的涂层，当需要离散的多层涂层时，这是不利的。
电沉积技术使用电能和电位梯度来在诸如基板或过滤器的表面上沉积带电催化粒子或前体（例如，离子、聚离子、络合物）。这些技术是非视线沉积方法，其可涂层可接近的但隐藏、有阴影、嵌入、内部、底切或不易于看到的表面，得到均匀的涂层。可特别地使电沉积在具有复杂形状的表面上形成均匀膜，浸渗多孔表面和沉积于表面的选定区域上。在电沉积技术期间使用所施加的电场可在涂覆涂层期间减少不希望的粒子凝聚。此外，电沉积技术可得到涂层的均匀性和再现性方面的改进，且降低涂覆该涂层的成本。
催化涂层24的光催化或热催化性质只是催化涂层21的属性之一。催化涂层24也可通过其孔隙率来增加基板22的表面积。增加的表面积通常伴有活性位点增加，从而增强表面的反应或吸附性质。催化涂层24的电沉积得到具有多重模态孔隙率分布的催化涂层24。举例而言，催化涂层24的孔隙率可包括在沉积过程中所用的粒子的天然或固有孔隙率和由沉积过程形成的涂层的孔隙率（涂层孔隙率）。可由表面积和显微镜检查来测量孔隙率。在一个实例中，粒子具有大约4纳米或更大的孔隙直径。在另一实例中，粒子具有在大约10纳米与大约45纳米之间的孔隙直径。在又一实例中，涂层具有在大约0.5微米与大约1.5微米之间的孔隙直径。可通过Barrett, Joyner, Halenda （BJH）吸附技术来测量孔隙直径，BJH技术是本领域技术人员熟知的且通常为自动化表面积确定设备上的一种选择。描述BJH技术的原始参考为E.P. Barrett, L. G. Joyner, P.P.Halenda, J. Am. Chem. Soc. 73, （1951）, 373-80.
图2中的流程图示出电沉积过程。在催化剂电沉积200中，选择催化粒子或前体（步骤202）。混合物材料的选择取决于所用的电沉积技术和电沉积层和涂层的所需特征，这将在下文中进一步讨论。在一个实例中，催化粒子可为平均直径在大约4纳米与大约100纳米之间的纳米粒子。在另一实例中，催化粒子可以具有在大约0.1微米与大约1微米之间的平均直径。在再一实例中，催化粒子可以具有在大约1微米与大约10微米之间的平均直径。在另一实例中，粒子可为催化粒子或非催化粒子或者可使用平均直径在大约4纳米与10微米之间的其混合物。催化粒子的凝聚物也是可能的且其可大至数十微米。催化粒子可为光催化粒子、热催化粒子的或者其混合物。在一个实例中，催化粒子是金属氧化物。在另一实例中，催化粒子包括与其它金属氧化物组合的金属氧化物，半导体，金属或含金属的化合物，诸如二氧化钛（氧化钛）、氧化钨、二氧化锰和金。当然，设想到术语‘金属氧化物’包括一氧、二氧、三氧和非整数化学计量以及缺氧（亚单（submono））化学计量。催化粒子也可包含纳米工程光催化剂。催化粒子可在使用之前进行特殊加工以使得它们更适合于形成混合物。举例而言，二氧化钛粒子可被研磨和筛选以形成特定粒度和粒度分布概况。在另一实例中，二氧化钛的纳米大小的粒子可用诸如羰基（例如，羧酸）或氮官能团（例如，胺类）的有机基团来官能化，以提供与添加剂和/或溶剂的特定相互作用。
催化前体可为能转变成催化粒子的任何材料。催化前体的一个实例是四氯化钛。基于催化前体在所需溶剂中的溶解度以及目标催化剂组成来选择催化前体。还设想到前体与催化粒子的混合物。
在选择了催化粒子或前体之后，它们与适当添加剂和溶剂混合以形成混合物，诸如浆或溶液（步骤204）。在一个实例中，该混合物是包含催化粒子的分散体的浆。在另一实例中，该混合物是包含溶解的催化粒子和/或催化前体的溶液。在另一实例中，该混合物包含分散的催化微粒和溶解的前体。
如果使用催化粒子，适量的催化粒子与添加剂和溶剂混合。在一个实例中，催化粒子在混合物中的体积百分比是至少大约5%。在另一实例中，催化粒子在混合物中的体积百分比是至少大约10%。在另一实例中，催化剂粒子以每1毫升分散介质/溶剂在0.1至10g粒子（或粉末）之间的浓度存在。相比而言，在胶状悬浮液中，粒子的体积百分比小于4%且重量负载为20%或更少。
类似地，适量前体与添加剂和溶剂混合。在一个实例中，在混合物中溶解的催化前体的浓度为至少大约0.001 M。在另一实例中，在混合物中溶解的催化前体的浓度为至少大约0.01 M。
在单独的步骤，选择基板（步骤206）。任何导电结构或者被涂导电涂层的非导电结构可为基板。实例基板材料包括纯金属和合金，塑料、玻璃、陶瓷、碳和复合物。该结构可固有地为导电的（例如，金属和碳），合并了导电填料以使之导电（例如，填充塑料）或者可被涂层或以其它方式修改以使之导电（例如，在塑料或玻璃基板上的连续金属涂层）。基板结构包括（但不限于）片料、光蚀刻箔、扩展的狭缝薄片、丝网、纤维网、编织结构、非纺织或纺织结构、开孔泡沫结构和复合物。额外多孔基板实例包括蜂巢，离散蜂巢结构的分段且径向偏移的阵列，筛网、波纹结构、织物或毡，诸如碳毡。也可设想到将其它纤维基金属和非金属结构作为合适的基板。
此外，电场或电位梯度可将粒子或前体拉动通过原本非导电的多孔结构朝向导电性更强的结构以便在非导电结构上建置催化剂层。因此，非导电多孔结构可为基板。举例而言，如果需要非导电塑料筛网用作基板，将该筛网放置成与导电表面相邻。当电场被施加到导电表面时，在混合物中的粒子将被拉向导电表面且穿过非导电筛网。最终，粒子在筛网上积累并形成涂层。在另一实例中，可通过施加电场来修改在导电基板上的多孔涂层，该电场足以在混合物中的粒子或前体朝向导电基板移动时将混合物中的粒子或前体拉到多孔涂层的孔隙内。以此方式，可制造多材料复合涂层。
基板可被选择性地遮盖以防止或促进特定沉积层。在一个实例中，遮盖基板的一部分或部段以防止催化粒子沉积到遮盖的部分上。当用于室内空气品质（IAQ）应用时，遮盖的部分充当预滤器，而上面沉积了催化粒子的未遮盖的部分充当催化基板。在后面的结合过程需要裸金属的另一实例中，诸如圆盘的金属基板的边缘被遮盖以防止沉积到边缘上。在电沉积之后，裸金属边缘可结合到系统组件。在另一实例中，遮盖基板的下游部分。在IAQ应用中，基板的被遮盖的部分可用于促进空气流动且管理由于缺少催化涂层所造成的压降。
在选择之后，使基板悬浮于混合物中（步骤208）。具有与催化粒子相反的电荷的基板充当电极。添加对电极以完成电路。将所需电沉积参数施加到混合物（步骤210），根据需要来控制诸如温度、压力和时间的参数（步骤212），且将包含催化粒子的催化层沉积于基板上（步骤214）。
沉积层的特征，诸如厚度和纹理，受到基板材料、混合物材料和加工参数的影响。这些特征也可受到向电极之间的电位偏压暴露的长度和电极之间的电位偏压的量值影响。此外，沉积时间和在电路内电流流动的量值影响沉积层的特征。可控制电位（电压）偏压和电流流量或电流密度的应用来改进涂层品质且可大体上为连续的或间歇性的，诸如经由脉冲或循环沉积。举例而言，可改变电流和催化粒子的组成使得在基板上形成有纹理的表面。有纹理的表面由于其孔隙率而增加基板的表面积，形成特定IAQ应用所需的更大吸附表面。
在催化层沉积到基板上之后，从混合物移除被涂层的基板（步骤216）。当沉积催化粒子时，沉积的层为催化层且可以在沉积后具有立即与VOC相互作用的能力。无需额外的加工来在催化层中形成催化性质。
如果使用催化前体可需要额外加工。催化前体可在方法200中的任何点转变成催化粒子。举例而言，催化前体可在施加热或电位时形成氧化物种。如果催化前体在电沉积之前或电沉积期间转变成催化粒子，沉积层为催化层且无需额外加工。如果催化前体在电沉积之前或电沉积期间没有转变成催化粒子，需要额外加工来在该层中形成催化性质。在一个实例中，在步骤210中，当向混合物施加电位时，前体转变成催化粒子。
可使用电沉积涂层基板一次或多次。步骤202至216的任何组合可重复以在基板上沉积一个或多个额外的层（步骤218）。为了形成催化涂层，沉积到基板上的至少一个层必须为催化层或者具有催化性质的层。也可执行额外电沉积以进一步定制催化涂层的性能性质。额外电沉积可使用相同或不同的电沉积技术且可得到具有不同组成、厚度和微结构的层。举例而言，基板可经受一系列的电泳沉积，其中每次沉积使用具有不同组成的混合物。在特定实例中，氧化锰热催化剂的薄层被涂到基板上且更厚的二氧化钛光催化剂层被涂到氧化锰涂层上。
在另一实例中，第一电沉积层可形成用于第二电沉积层的基础。举例而言，第一电沉积混合物可包含直径比第二电沉积混合物大的粒子。在特定实例中，第一电沉积混合物可包含直径在大约50纳米至大约10微米之间的粒子且第二电沉积混合物可包含直径在大约5纳米与大约50纳米之间的粒子。在此实例中，第一层可包含催化或非催化粒子，且第二层可包含催化粒子使得催化涂层具有催化性质。
当沉积这些层时应考虑催化涂层的总厚度。举例而言，对于使用光催化剂的光活化系统，紫外光必须照射该光催化剂以使光催化剂涂层将VOC转变成相对无害的副产物。如果涂层太厚，光不能照射最内部的层且涂层是无效的。在特定实例中，在基板上催化涂层的总厚度在大约1微米与大约50微米之间使得紫外光源可照射催化涂层的最内部的层。
在沉积了最终层之后，基板可经受额外加工，诸如化学反应，暴露给交替的大气成分或者减小的压力，热处理或者暴露给辐射以改变或引入催化层的备选性质（步骤220）。在一个实例中，使用在室温下减小的压力或者通过加热该催化剂支承物而将自电沉积过程剩余的液体从该催化涂层移除。在另一实例中，通过加热该基板而使催化涂层致密化或加强。在另一实例中，通过加热该基板和涂层（例如，催化涂层的结晶）将催化涂层的相转变成更符合需要的相、组成或微结构。当完成时，被涂层的基板用于IAQ应用（步骤222）。
可用于形成催化涂层的两种电沉积技术是电泳沉积（EPD）和电解沉积（ELD）。EPD用于形成相对较厚的膜涂层且将结构层压到致密或多孔支承物上。图3示出EPD系统。EPD系统300包括浆302、基板电极304、电极306和电源308。在一个实例中，浆302包含催化微粒的分散体。通过混合大体上呈粉末形式的粒子与添加剂和分散介质而形成浆302。如先前所述，粒子可为催化或非催化粒子，只要至少一个电沉积层包含催化粒子使得形成催化涂层。催化粒子可为光催化粒子、热催化粒子或者其混合物。实例催化粒子包括金属氧化物，单独地或与其它金属氧化物组合，半导体，金属或含金属的化合物，诸如二氧化钛（氧化钛）、氧化钨、二氧化锰和金。当然，设想到术语‘金属氧化物’包括一氧、二氧、三氧和非整数化学计量以及缺氧（亚单）化学计量。
催化粒子可为平均直径在大约4纳米与大约100纳米之间的纳米粒子或纳米工程光催化剂。在另一实例中，催化粒子可以具有在大约0.1微米与大约1微米之间的平均直径。在另一实例中，催化粒子可以具有在大约1微米与大约10微米之间的平均直径。在另一实例中，粒子可为催化粒子或非催化粒子或者可使用平均直径在大约4纳米与10微米之间的其混合物。催化粒子的凝聚物也是可能的且其可大至数十微米。还设想到前体与微粒的混合物。催化粒子可在使用之前进行特殊加工以使得它们更适合于浆形成。举例而言，二氧化钛粒子可被研磨和筛选以形成特定粒度和粒度分布概况。在另一实例中，粒子可被选择性地官能化以进一步使它们在所需添加剂存在的情况下稳定。
实例添加剂包括粘结剂、分散剂和pH修改剂（例如，酸和碱）。分散介质可为帮助形成粒子在浆302中均匀分散的任何液体，诸如表面活性剂、醇、聚电解质、溶液或水。分散介质必须具有充分低的导电性且可为有机溶剂或溶剂混合物。
催化粒子、添加剂和分散介质混合以形成浆302。在一个实例中，催化粒子在浆302中的体积百分比是至少大约5%。在另一实例中，催化粒子在浆302中的体积百分比是至少大约10%。在另一实例中，催化剂粒子以每毫升分散介质/溶剂0.1至10g粒子的浓度存在。相反，胶状悬浮液具有小于4%体积的粒子和20%重量或更少的粒子负载。
基板电极304和电极306被浸没于浆302中。基板电极304包含基板，催化涂层将沉积于基板上。基板必须具有主要与沉积期间的催化粒子的电荷相反的电荷。电源308将电能供应到浆302。电能提供偏压，其将催化粒子吸引到基板表面，在那里，催化粒子被沉积以形成催化层。EPD产生每分钟大约1至103微米的沉积速率和大约1至103微米的沉积厚度。沉积层的均匀性受到所用粒子大小限制且受到电沉积参数（包括电场）控制。系统300的加工条件可改变以控制沉积层的微结构。举例而言，通过改变沉积时间、电压和电流密度来控制沉积物厚度，且通过发生沉积的温度和用于沉积的粒子（或粉末）的化学计量数来控制沉积物的化学计量。尽管参考催化粒子展开描述，但是EPD系统300可用于非催化粒子。
当使用催化粒子时，沉积层是具有催化性质的催化层。包含电沉积催化粒子的基板可立即用于IAQ应用中。无需额外的加工来在催化层中形成催化性质。
在特定实例中，100g的氧化钛粉末与1升的液体分散介质乙醇、2.2g的添加剂聚乙烯醇缩丁醛和2.5g的添加剂磷酸酯混合以形成浆302。添加pH修改剂以升高浆302的pH高于氧化钛的等电点。浆302维持在大约20摄氏度。具有正电荷的基板304下降到浆302内且施加每平方厘米0.1毫安的电流密度。厚的、相当均匀和平滑的层沉积于基板304上。
电解沉积（ELD）是可用于沉积催化层的另一电沉积技术。ELD在基板上形成相对较薄的膜涂层。图4示出ELD系统。ELD系统400包括溶液402、基板电极404、电极406和电源408。通过将催化粒子或可转变成催化粒子的前体溶解到溶剂或液体分散介质内来形成溶液402。实例催化粒子包括金属氧化物，单独地或与其它金属氧化物组合，半导体，金属或含金属的化合物，诸如二氧化钛（氧化钛）、氧化钨、二氧化锰和金。当然，设想到术语‘金属氧化物’包括一氧、二氧、三氧和非整数化学计量以及缺氧（亚单）化学计量。
催化粒子可为平均直径在大约4纳米与大约100纳米之间的纳米粒子或纳米工程光催化剂。在另一实例中，催化粒子可以具有在大约0.1微米与大约1微米之间的平均直径。在另一实例中，催化粒子可具有在大约1微米与大约10微米之间的平均直径。在再一实例中，粒子可为催化粒子或非催化粒子或者可使用平均直径在大约4纳米与10微米之间的其混合物。催化粒子的凝聚物也是可能的且其可大至数十微米。
催化前体是能转变成催化粒子的任何材料。当使用催化材料的前体时，基于其在所需溶剂中的溶解度以及目标催化剂组成来选择前体。合适前体包括金属有机或有机金属物种、金属醇盐、金属卤化物、金属氧代化合物和其混合物。还设想到前体与微粒的混合物。
溶剂或液体分散介质必须具有足够高的导电性，且可为混合溶剂，诸如水和有机溶剂的混合物。诸如粘结剂、表面活性剂、离子物种、酸、碱和聚电解质的添加剂可用于增加在ELD过程中所用的溶液的稳定性。
催化粒子或者可转变成催化粒子的前体溶解于溶剂或液体分散介质中以形成溶液402。在一个实例中，溶解的前体的浓度为至少大约0.001 M。在另一实例中，溶解的前体的浓度为至少大约0.01 M。在另一实例中，溶液402中的催化粒子的体积百分比是至少大约5%。在另一实例中，催化粒子在溶液402中的体积百分比是至少大约10%。相反，胶状悬浮液具有小于4%体积的粒子和20%重量或更少的粒子负载。
基板电极404和电极406被浸没于溶液402中。基板电极404包含催化剂支承物，催化涂层将沉积于催化剂支承物上。基板必须具有主要与沉积期间的催化粒子的电荷相反的电荷。电源408将电能供应到溶液402。电能提供偏压，其将以离子或络合物形式的催化粒子吸引到基板表面，在那里，催化粒子被沉积以形成催化层。在ELD系统400中，在电极404和406处发生反应；例如，在溶液中存在OH-物种的电化学生成和阳离子物种的中和。ELD产生每分钟大约10-3至1微米的涂层沉积速率和大约10-3至10微米的沉积物厚度。沉积层的均匀性大体上为纳米或亚纳米范围。系统400的加工条件可改变以控制沉积涂层的微结构。举例而言，通过改变沉积时间、电压和电流密度来控制沉积物厚度，且通过控制发生沉积的温度和前体化学品的选择性使用来控制沉积物化学计量。尽管ELD系统400已参考催化前体和粒子被描述，但可使用非催化前体和粒子。
在沉积之前，在沉积期间或在沉积之后，前体可转变成催化粒子。举例而言，当向前体施加诸如热或电压的加工条件时前体可转变成催化粒子。如果在沉积之前或期间发生转变，沉积层是具有催化性质的催化层。无需额外加工用于在IAQ系统中使用的基板。如果在沉积之前或沉积期间并不发生转变，那么必需额外加工来在沉积层中形成催化性质。
在特定实例中，5毫摩尔的TiCl4前体溶解于分散介质中，该分散介质包括3: 1 体积的甲醇和水混合物。此介质还包含0.1M H2O2添加剂。基板被浸没到溶液中且每平方厘米20毫安的电流密度被施加到大约1摄氏度的溶液。电能氧化四氯化钛且在基板上形成二氧化钛层。
与喷涂或浸涂的现有催化涂层方法相比，催化涂层的电沉积具有若干优点。举例而言，电沉积技术是低成本的，需要简单的设备，是非视线的且易于扩大规模（scale up）。电沉积还具有用于在低温加工的选择，且涂层沉积率可高度控制且大体上较高；对于EPD高达每分钟数十mg/cm2，和对于ELD，每分钟数mg/cm2。
电沉积节省催化涂层材料且减少浪费。在电沉积中，未粘附到表面的催化粒子可用于随后的沉积过程。相反，喷涂在过喷中浪费大量的含粒子喷射。
电沉积产生更均匀且可再现的涂层。举例而言，喷涂或浸涂蜂巢结构可导致涂层阻塞或覆盖一些孔。但是，在电沉积中，涂层粒子或前体由于电能而吸引到蜂巢表面上，包括在直接视线外的那些表面。不会阻塞或覆盖孔。在另一实例中，开孔，导电泡沫结构可使用电沉积均匀地涂层。另外，电沉积导致更均匀的涂层，因为其基于电流必须流过的基板的三维结构，且是非视线沉积方法。电能形成偏压，偏压将涂层粒子导向至基板的所有表面，甚至是隐藏的表面。相比较而言，喷涂是视线方法且仅涂层可见的表面（即，与进入的光直接对齐的表面）。举例而言，电沉积将均匀地涂暴露给沉积混合物（即，溶液或浆）的三维金属纤维毡内较深处的个体纤维，而喷涂将不能均匀地涂层该结构内的内部纤维。
使用电沉积加工条件，诸如沉积时间、温度、施加的电位（电压）和电流密度来控制所沉积的催化层的厚度。这允许电沉积技术产生更可再现的涂层。
可改变电沉积加工条件以谨慎地控制微结构、相（包括孔隙率）和所沉积的涂层的结晶度。举例而言，所沉积的涂层的孔隙率可通过加工条件来控制。沉积涂层的孔隙率与沉积粒子的孔隙率一起形成具有多重模态孔隙率分布的涂层。如上文所解释的，孔隙率增加了表面积。增加的表面积通常也伴有活性位点增加，从而增强表面的相互作用或吸附性质，这些性质是IAQ应用所需的性质。
电沉积涂层的机械稳定性防止在使用期间吹除。当涂层未固定到基板时发生吹除（blow off）且在使用期间由空气流动来吹除。吹除降低基板的效果，特别是对于用于室内空气品质应用的催化基板。吹除也可能会损坏下游设备。电沉积，特别是电解沉积导致涂层到基板更好的粘附且减少吹除。
尽管参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应认识到在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出形式和细节的变化。

Claims (20)

1. 一种催化装置，用于从空气移除空气传播的挥发性化合物，所述催化装置包括：
基板，其具有表面；以及，
在该表面上的电沉积催化涂层，所述电沉积催化涂层包括能与空气传播的挥发性化合物相互作用的催化剂，且所述电沉积催化涂层具有多重模态孔隙率分布。
2. 根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于，所述多重模态孔隙率分布包括天然粒子孔隙率和涂层孔隙率。
3. 根据权利要求2所述的催化装置，其特征在于，所述粒子具有大于大约4纳米的孔隙直径。
4. 根据权利要求3所述的催化装置，其特征在于，所述粒子具有在大约10纳米与大约45纳米之间的孔隙直径。
5. 根据权利要求2所述的催化装置，其特征在于，所述涂层具有在大约0.5微米与大约1.5微米之间的孔隙直径。
6. 根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于，所述基板包括选自由下列材料构成的组中的至少一种材料：金属、合金、塑料、玻璃、陶瓷、碳、以及复合物。
7. 根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于，所述电沉积催化涂层包括选自由下列成分构成的组中的至少一种成分：金属、金属氧化物、半导体、含金属化合物、以及其混合物。
8. 根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于，所述电沉积催化涂层包括选自由下列成分构成的组中的至少一种成分：光催化剂、热催化剂、纳米工程光催化剂、以及其混合物。
9. 根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于，所述电沉积催化涂层大约1微米至大约50微米厚。
10. 根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于，所述表面是金属蜂巢且所述催化涂层包括二氧化钛。
11. 一种形成催化装置的方法，该催化装置用于从空气移除空气传播的挥发性化合物，所述方法包括：
形成混合物；
将基板定位于所述混合物中；
将自所述混合物的纳米粒子电沉积到所述基板上；以及
在所述基板上形成催化涂层，其中所述催化涂层能与空气传播的挥发性化合物相互作用。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述纳米粒子具有在大约4纳米与大约100纳米之间的平均直径。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述纳米粒子具有小于大约1微米的平均直径。
14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述纳米粒子在混合物中的体积百分比是至少大约5%。
15. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述纳米粒子在混合物中的体积百分比是至少大约10%。
16. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括：
从前体形成催化粒子。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于还包括：
加工所述基板以改变催化剂性质。
18. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述催化涂层具有多重模态孔隙率分布。
19. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述纳米粒子是选自由下列催化剂构成的组：光催化剂、热催化剂、纳米工程光催化剂、以及其混合物。
20. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括：
在电沉积所述纳米粒子之前在所述基板上电沉积基础层粒子，所述基础层粒子具有在大约4纳米与大约10微米之间的平均直径。
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