DE112019005332T5

DE112019005332T5 - Photokalysator und Herstellungsverfahren davon

Info

Publication number: DE112019005332T5
Application number: DE112019005332.9T
Authority: DE
Inventors: Young Dok KIM
Original assignee: Jchi Global
Current assignee: Jchi Global
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-07-15
Also published as: SG11202103786WA; US20220143261A1; WO2020085841A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator, ein denselen umfassendes Produkt und ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators und insbesondere einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, ein denselen umfassendes Produkt und ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators, wobei der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid ein anorganisches Oxid und eine von Ferrocen abgeleitete, auf dem anorganischen Oxid gebildete Eisenoxidschicht umfasst.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator mit einem erweiterten, katalytisch aktiven Wellenlängenbereich und ein Verfahren zur Herstellung desselbigen.
[Stand der Technik]
Photokatalysatoren haben katalytische Aktivität durch Absorbieren von Lichtenergie und zersetzen oxidativ Umweltschadstoffe wie organische Substanzen mit stark oxidierender Kraft durch katalytische Aktivität. Die Photokatalysatoren strahlen nämlich ein Licht mit einer Bandlücke oder höherer Energie (ultraviolette Strahlen) aus, um einen Übergang von Elektronen von dem Valenzband zum Leitungsband zu verursachen und Löcher im dem Valenzband zu bilden. Diese Elektronen und Löcher diffundieren zu der Oberfläche des Pulvers und werden mit Sauerstoff und Feuchtigkeit in Kontakt gebracht, um eine Oxidation-Reduktion-Reaktion zu verursachen, oder werden rekombiniert, um Wärme zu erzeugen. Anders gesagt, die Elektronen des Leitungsbandes reduzieren Sauerstoff, um Superoxidanionen zu produzieren, und die Löcher des Valenzbandes oxidieren Feuchtigkeit, um Hydroxyradikale (OH·) zu bilden. Die Photokatalysatoren können durch die stark oxidierende Kraft der Hydroxyradikale (OH·), welche durch diese Löcher gebildet werden, Zersetzung, sterilisierende Kraft, Hydrophilität etc. von an der Oberfläche des Photokatalysators adsorbiertem, organischem Material in Gasphase oder flüssiger Phase, das heißt schwer abbaubarem, organischem Material, zeigen. Im Allgemeinen wird ein Titandioxidpulver (TiO₂) als Photokatalysator verwendet und Titandioxid (TiO₂) hat die Vorteile, dass es harmlos für den menschlichen Körper ist, ausgezeichnete photokatalytische Aktivität hat, ausgezeichnete Lichtkorrosionsbeständigkeit hat und kostengünstig ist. Titandioxid (TiO₂) erzeugt Elektronen (Leitungsband) und Löcher (Valenzband) durch Absorbieren und Reagieren mit ultravioletten Strahlen von 388 nm oder weniger. Zum jetzigen Zeitpunkt können die als eine Lichtquelle verwendeten ultravioletten Strahlen zusätzlich zum Sonnenlicht künstliche Beleuchtung wie Lampen, Glühlampen, Quecksilberlampen, lichtemittierende Dioden umfassen. Die in der Reaktion erzeugten Elektronen und Löcher werden in 10^-12 bis 10^-9 Sekunden rekombiniert, aber falls vor der Rekombination Fremdstoffe oder anderes an der Oberfläche adsorbiert werden, werden die Fremdstoffe oder anderes durch die Elektronen und Löcher zersetzt. Da jedoch ungefähr 2% des Lichts aus dem Sonnenlicht zum Erhalten der Bandlückenenergie (Wellenlänge von 380 nm oder mehr) des Titandioxidpulvers (TiO₂) verwendet werden kann, ist es schwierig, eine gleichmäßige, katalytische Aktivität im sichtbaren Bereich des Lichts (400 bis 800 nm) zu erreichen, welcher eine Hauptwellenlänge des Sonnenlichts ist. Um auf sichtbares Licht zu reagieren ist es damit wesentlich, die Bandlücke des Photokatalysators zu verringern und durch Lichtabsorption erzeugte Paare von Elektronen/Löchern effizient zu trennen, wobei aber die Effizienz in einem auf sichtbares Licht reagierenden Photokatalysator aus Titandioxidpulver (TiO₂) bislang noch nicht Kommerzialisierungsniveau im Luftreinigungsbereich erreicht hat.
[Offenbarung]
[Technische Aufgabe]
Die vorliegende Erfindung besteht darin, die oben erwähnte Aufgabe zu lösen und die vorliegende Erfindung besteht darin, einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid mit ausgezeichneter photokatalytischer Aktivität in der Region des sichtbaren Lichts bereitzustellen, welcher durch Einführen eines Dotierungverfahrens gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, eine Photokatalysatorzusammensetzung bereitzustellen, welche einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, ein Produkt bereitzustellen, welches einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, und eine Photolysefunktion aufweist.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Ferrocendotierungsverfahrens bereitzustellen.
Jedoch sind die Aufgaben, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden, nicht auf die oben erwähnten Aufgaben begrenzt und andere Aufgaben, die nicht erwähnt wurden, werden vom Fachmann aus der folgenden Beschreibung erfasst.
[Technische Lösung]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, und der Photokatalysator kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein anorganisches Oxid und eine von einer organometallischen Verbindung abgeleitete Metalloxidschicht umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrifft die vorliegende Erfindung einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, welcher umfasst: ein anorganisches Oxid und eine von Ferrocen abgeleitete, auf dem anorganischen Oxid gebildete Eisenoxidschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Eisen in der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht in einer Menge von 0,001 bis 10 Gew.%, verglichen mit dem anorganischen Oxid, enthalten sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht durch Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses an auf dem anorganischen Oxid abgeschiedenen Ferrocen erhalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das anorganische Oxid mindestens eines umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, welche mindestens eines von Ti, Zn, Al und Sn umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das anorganische Oxid mindestens eines umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Perlenform, einer Pulverform, einer Stabform, einer Drahtform, einer Nadelform und einer Faserform, und das anorganische Oxid kann eine Größe von 1 nm bis 500 µm haben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid Photoaktivität in einem Bereich des sichtbaren Lichts von 400 nm oder mehr haben und der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid kann Photoaktivität in einem trockenen Zustand von 30% oder weniger Feuchtigkeit haben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das von Ferrocen abgeleitete Eisenoxid eine oder mehrere der durch die folgende chemische Formel 1 dargestellte Verbindungen umfassen:

[Chemische Formel 1]
Fe_xO_YH_z
(X, Y und Z sind jeweils ausgewählt aus 0 bis 3; und X und Y sind nicht 0).

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid eine spezifische Oberfläche von 5 (m²/g) oder mehr haben.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photokatalysatorzusammensetzung umfassend den Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher der Photokatalysator in einer Menge von 0,01 bis 99 Gew.% in der Photokatalysatorzusammensetzung enthalten sein kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Produkt mit einer Photolysefunktion, welches den Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Produkt ein Formkörper sein, bei dem der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid auf einem Substrat aufgetragen ist oder welcher den Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid enthält. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Produkt bei Baumaterialien zur Luftreinigung, welche eine Funktion beim Zersetzen von sauren Gasen und organischen Substanzen haben, angewendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Baumaterialien zur Luftreinigung eines oder mehrere aus Farben, Tapeten, Jalousien, Gehwegblöcken, Mittelstreifenabstandshalter, Kunstrasen, Kunstrasenfüllstoff, elastische Belagsmaterialien, Bodenmaterialien, Asphalt, Beton und elastische Matten sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators auf Basis von anorganischem Oxid, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Herstellen eines anorganischen Oxids;
Bilden einer Ferrocenschicht auf dem anorganischen Oxid; und
Bilden einer von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht durch Ausführen eines

Wärmebehandlungsprozesses nach dem Schritt des Bildens der Ferrocenschicht. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht durch ein Nassbeschichtungsverfahren, ein Sputterverfahren oder ein Abscheidungsverfahren ausgeführt werden, und wobei der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht bei Raumtemperatur bis 120°C ausgeführt werden kann und die Ferrocenschicht 0,001 bis 20 Gew.% an Ferrocen, verglichen mit dem anorganischen Oxid, umfassen kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht das Bilden einer Ferrocenabscheidungsschicht unter Verwendung von Temperatur-regulierter chemischer Gasphasenabscheidung (TR-CVD) sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Bildens einer von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht die Schritte umfassen: Ausführen eines ersten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur von 100 bis 300°C und Ausführen eines zweiten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur von 300 bis 900°C, wobei jeder der Schritte das Ausführen des Wärmebehandlungsprozesses bei unterschiedlichen Temperaturen umfassen kann.
[Vorteilhafte Effekte]
Die vorliegende Erfindung kann einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid mit ausgezeichneter photokatalytischer Aktivität in der Region des sichtbaren Lichts und ausgezeichneter Photolyse-Effizienz in verschiedenen Feuchtigkeits- und Temperaturbereichen b erei tstell en.
Die vorliegende Erfindung kann einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid auf einfache und ökonomische Weise bereitstellen und der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid kann durch Aufweisen von ausgezeichneter Stabilität und der Eigenschaft, flüchtige organische Stoffe mit hoher Effizienz als Reaktion mit Licht im Bereich des sichtbaren Lichts zu zersetzen, effektiv als ein Material für Innen- und Außenluftreinigung angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid mit ausgezeichneter photokatalytischer Aktivität in der Region des sichtbaren Lichts durch einen Ferrocendotierungsprozess bereit und der Photokatalysator kann bei Baumaterialien, Innenausstattungszubehör etc. angewendet werden, das die photoaktive Eigenschaft ergänzen und gebrauchen kann.
Figurenliste

1 zeigt ein Flussdiagramm von einem Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt beispielhaft die Konfiguration von einem TR-CVD-Reaktor, der in dem Herstellungsprozess von dem Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 zeigt beispielhaft den Herstellungsprozess von dem Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Bild von den gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindungen hergestellten Photokatalysatoren auf Basis von anorganischem Oxid.
5 zeigt Transmissionselektronenmikroskopiebilder (TEM) von den gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung hergestellten Photokatalysatoren auf Basis von anorganischem Oxid.
6 zeigt Auswertungsresultate der Photolyseleistung von den gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung hergestellten Photokatalysatoren auf Basis von anorganischem Oxid.
7 zeigt Auswertungsresultate der Photolyseleistung gemäß der Feuchtigkeit von den gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindungen hergestellten Photokatalysatoren auf Basis von anorganischem Oxid.
8 zeigt Stabilitätsauswertungsresultate der Photolyseleistung gemäß wiederholten Photolyseexperimenten von den gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung hergestellten Photokatalysatoren auf Basis von anorganischem Oxid.

Die vorliegende Erfindung kann einen Photokatalysator betreffen, ein denselben umfassendes Produkt und ein Verfahren zum Herstellen des Photokatalysators, und noch genauer einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, ein denselben umfassendes Produkt und ein Verfahren zum Herstellen des Photokatalysators, wobei der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid umfasst: ein anorganisches Oxid und eine von Ferrocen abgeleitete, auf dem anorganischen Oxid gebildete Eisenoxidschicht.
[Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen]
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen detailliert beschrieben. Falls detaillierte Beschreibungen von verwandter, offenbarter Technik oder Konfiguration dazu bestimmt sind, die Quintessenz der vorliegenden Erfindung unnötig unklar zu machen, werden sie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung weggelassen. Ebenso könnten in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriffe, wie Begriffe, die verwendet werden, um eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angemessen zu beschreiben, abhängig von der Intention des Anwenders oder Betreibers oder von den Vorgehensweisen des Bereichs, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, unterschiedlich definiert werden. Deshalb sollen die Begriffe auf Basis des gesamten Inhalts der vorliegenden Beschreibung spezifiziert werden. Dieselben in jeder Zeichnung gezeigten Bezugszeichen repräsentieren jeweils dieselben Elemente.
Überall in der vorliegenden Beschreibung, wenn ein Teil „auf” dem anderen Teil angeordnet ist, umfasst dies nicht nur den Fall, dass ein Teil mit dem anderen Teil in Kontakt gebracht wurde, sondern auch den Fall, dass ein weiteres Teil zwischen den zwei Teilen vorliegt.
Überall in der vorliegenden Beschreibung, falls ein vorgegebener Bestandteil einen vorgegebenen Teil „umfasst“, meint dies, dass dieser weitere Teil zusätzlich umfasst sein kann, anstatt andere Teile auszuschließen.
Im Folgenden wird der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Beispiele und Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Beispiele und Zeichnungen beschränkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, und der Photokatalysator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein anorganisches Oxid und eine von einer metallorganischen Verbindung abgeleitete Metalloxidschicht umfassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, und der Photokatalysator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein anorganisches Oxid und eine von Ferrocen abgeleitete, durch ein Ferrocendotierungsverfahren gebildete Eisenoxidschicht umfassen. Die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht kann als Deckschicht auf dem anorganischen Oxid gebildet sein und kann Lichtabsorption und photokatalytische Aktivität im Bereich des sichtbaren Lichts verbessern.
Das anorganische Oxid ist eine anorganische Halbleiterkomponente, welche Lichtenergie absorbiert und katalytische Aktivität zeigt. Zum Beispiel kann das anorganische Oxid ein Oxid sein umfassend mindestens eines, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zn, Al, Fe, W, Sn, Bi, Ta, Cu, Si, Ru, Sr, Ba und Ce, vorzugsweise Ti, Zn, Al und Sn. Insbesondere kann das anorganische Oxid TiO₂, Al₂O₃, ZnO₂, ZnO, SrTiO₃, Fe₂O₃, Ta₂O₅, WO₃, SnO₂, Bi₂O₃, NiO, Cu₂O, SiO, SiO₂, MoS₂, InPb, RuO₂, CeO₂, oder dergleichen sein. Weiterhin kann das anorganische Oxid zusätzlich zu den Oxdien Halbleiterverbindungen wie CdS, GaP, InP, GaAs und InPb umfassen.
Das anorganische Oxid kann mindestens eines umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Perlenform, einer Pulverform, einer Stabform, einer Drahtform, einer Nadelform und einer Faserform, und das anorganische Oxid kann eine Größe von 1 nm oder mehr, 10 nm oder mehr, 30 nm bis 500 µm, 30 nm bis 100 µm oder 30 nm bis 1 µm haben. Die Größe kann abhängig von der Form mittlerer Durchmesser, Dicke, Länge etc. bedeuten.
Die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht wird durch einen Ferrocendotierungsprozess gebildet. Beispielsweise wird eine auf dem anorganischen Oxid gebildete Ferrocenschicht wärmebehandelt, um Ferrocen zu pyrolysieren, und die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht kann ein Eisenoxid umfassen, welches durch diesen Pyrolyseprozess aus Ferrocen umgewandelt wird. Der Ferrocendotierungsprozess wird in dem folgenden Herstellungsverfahren genauer beschrieben.
Das von Ferrocen abgeleitete Eisenoxid ist ein Eisenoxid, das abgeleitet wird von mindestens einem von Ferrocen und Ferrocenderivaten, und die Ferrocenderivate können mindestens eines umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ferrocenaldehyd, Ferrocenketon, Ferrocencarbonsäure, Ferrocenalkohol, einer Phenol- oder Etherverbinung, einer Stickstoffenthaltenden Ferrocenverbindung, einer Schwefel-enthaltenden Ferrocenverbindung, einer Phosphor-enthaltenden Ferrocenverbindung, einer Silicium-enthaltenden Ferrocenverbindung, 1,1'-Di-Kupferferrocen, Ferrocenborsäure, Ferrocenyl-Kupferacetylod und Bisferrocenyl-Titanocen.
Eisen kann in der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht in einer Menge von 0,001 bis 10 Gew.%; 0,01 bis 10 Gew.%; 0,01 bis 3 Gew.%; 0,001 bis 5 Gew.%; 0,001 bis 6 Gew.%; 0,01 bis 1,5 Gew.%; oder 0,01 bis 1 Gew.%, verglichen mit dem anorganischen Oxid, enthalten sein. Falls Eisen innerhalb der Bereiche in der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht enthalten ist, kann die Photolyseeffizienz durch Zunehmen der photokatalytischen Aktivität im Bereich des sichtbaren Lichts verbessert werden. Obwohl die Absorption von Licht des sichtbaren Bereichs zunehmen kann, wenn der Eisengehalt zunimmt wird, kann außerdem die photokatalytische Aktivität aufgrund eines solchen zunehmenden Eisengehalts abnehmen. Deshalb kann es bevorzugt sein, den Eisengehalt innerhalb der oben erwähnten Bereiche zu halten, und es ist mehr bevorzugt den Eisengehalt in einer Mengenbereich 0,01 bis 1 Gew.%. zu halten.
Die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht kann eine Dicke von 0,01 nm oder mehr; 0,1 nm oder mehr; 10 nm oder mehr oder 1 bis 100 nm haben. Wenn die Dicke der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht innerhalb dieses Dickenbereiches umfasst wird, ist es möglich, die Photolyseleistung durch Verhindern einer Abnahme bei der Porosität eines Photokatalysators aufgrund der Zunahme bei der Dicke der Deckschicht zu verbessern, und die Adsorptionsmenge an Feuchtigkeit, OH-Ionen, eines Zersetzungsziels oder dergleichen auf der Oberfläche zu erhöhen. Weiterhin kann die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht ein von Ferrocen abgeleitetes Eisenoxid mit einer Größe von 0,01 nm oder mehr; 0,1 nm oder mehr; 10 nm oder mehr oder 1 bis 100 nm haben. Die Größe kann abhängig von der Form mittlere Länge, Durchmesser, Dicke, etc. bedeuten.
Das von Ferrocen abgeleitete Eisenoxid kann eine oder mehrere durch die folgende chemische Formel 1 dargestellte Verbindungen umfassen:

[Chemische Formel 1]
F e_xO_YH_z

_x

_y

_z

₂

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid einen Wellenlängenbereich erweitern, der eine Photoreaktion durch Lichtabsorption vom Bereich des ultravioletten Lichts bis zum Bereich des sichtbaren Lichts aufweist, und eine ausgezeichnete photokatalytische Aktivität, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts von 400 nm oder mehr aufweisen. Zudem kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid durch Verbessern der photokatalytischen Reaktivität, welche ein Zersetzungsziel auf der Oberfläche adsorbieren und zersetzen kann, eine photokatalytische Aktivität in verschiedenen Feuchtigkeitsbereichen und eine ausgezeichnete photokatalytische Aktivität sogar unter trockenen Bedingungen mit einer Feuchtgkeit von 30% oder weniger haben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid eine spezifische Oberfläche von 5 (m²/g) oder mehr; 5 (m²/g) bis 1000 (m²/g); oder 5 (m²/g) bis 100 (m²/g), und eine durchschnittliche Porengröße von 50 nm oder weniger haben. Da heißt, dass der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid die Adsorptionsmenge des Zersetzungsziels auf der Oberfläche des Photokatalysators durch Einführen eines von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxids in die Oberfläche erhöhen und die Effizienz des Photokatalysators durch Erhöhen der photolytischen Reaktivität verbessern kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid zur Zersetzung von verschiedenen schädlichen Substanzen angewendet werden. In anderen Worten, der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid kann zur Behandlung von Umweltschadstoffen, Geruchsstoffen, organischen Verbindungen, sauren Gasen etc. verwendet werden. Zum Beispiel kann der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid zur Adsorption und/oder Photolyse von mindestens einer der Substanzen Gas, Flüssigkeit und Feststoff verwendet werden und Photoaktivität durch Lichtenergie, einschließlich verschiedener Strahlen von Halogenlampen, Xenonlampen, Sonnenlicht, Licht-emittierenden Dioden etc. zeigen. Spezifischer, das Gas kann ein saures Gas, ein basisches Gas, flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Acetaldehyd und Ketone, Kohlenwasserstoffe wie aromatische Kohlenwasserstoffe und aliphatische Kohlenwasserstoffe (auf Basis von Paraffinen und Olefinen), einem Ozongas, organische und anorganische freie Gase etc. und insbesondere kann es Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, NO_x, SO_x, HCl, HF, NH₃, Methylamin, Formaldehyd, Schwefelwasserstoff, Amin, Methylmercaptan, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Methan, Paraffin, Olefin etc. umfassen. Die Flüssigkeit kann Formaldehyd, Acetaldehyd, Benzol, Toluol, Alkohol Methylethylketon (MEK), Trichloroethylen, Desinfektionsmittel, Benzin, Diesel, Öl, Phenol, Färbemittel, etc. umfassen und der Feststoff kann ein Übergangsmetall, Edelmetalle wie Pt, Pd und dergleichen, Ionen und/oder Partikel von Hg, Cr und dergleichen, Nanopartikel von 100 nm oder weniger, etc. umfassen. Das Gas, die Flüssigkeit und der Feststoff sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung eine Photokatalysatorzusammensetzung, welche einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid umfasst. Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid kann in einer Menge von 0,01 bis 99 Gew.% in der Photokatalysatorzusammensetzung enthalten sein. Die Photokatalysatorzusammensetzung kann ein Gleichgewicht von einem Lösungsmittel auf Basis von Wasser, einem Lösungsmittel auf Basis von Öl oder beides davon umfassen und das Lösungsmittel auf Basis von Wasser, das Lösungsmittel auf Basis von Öl oder beides davon können abhängig von den Anwendungsfeldern passend ausgewählt werden. Obwohl beispielsweise das Lösungsmittel auf Basis von Wasser und das Lösungsmittel auf Basis von Öl, Wasser, niedrige C₁-C₄-Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol und Butanol enthalten können, sind das Lösungsmittel auf Basis von Wasser und das Lösungsmittel auf Basis von Öl nicht darauf beschränkt.
Die Photokatalysatorzusammensetzung, falls sie nicht vom Zweck der vorliegenden Erfindung abweicht, kann weiterhin abhängig von der Leistungsverbesserung und dem Anwendungsfeld Additive umfassen, und die Additive können weiterhin einen oberflächenaktiven Stoff, ein Bindemittel auf Basis von Siloxan, ein antibakterielles Mittel, ein Desinfektionsmittel etc. umfassen, sind aber in der vorliegenden Beschreibung nicht besonders erwähnt.
Die Photokatalysatorzusammensetzung kann über ein Substrat beschichtet oder in verschiedenen Formen geformt sein. Obwohl das Substrat beispielsweise ein oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe, die aus Zellulosepapier; synthetischem Holz, Holz, Faser, Gewebe, Metal, Polymerharz oder Glas, Pulver, Blatt, Film oder Glasperle besteht, umfassen kann, ist das Substrat nicht darauf beschränkt. Obwohl das Substrat ein die photokatalytische Funktion erforderndes Endprodukt wie beispielsweise Lampen, TVs, Kühlschränke, Notebooks, Computer, Haushaltsgeräte, Tapeten, Beton, Wohnaccessoires wie Jalousien, Möbel, Fliesen und Matten, Baumaterialien etc. sein kann, ist das Substrat nicht darauf beschränkt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung ein Produkt mit photokatalytischer Funktion, welches einen Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Das Produkt kann zusammen mit der photokatalytischen Funktion eine Luftreinigungsfunktion aufweisen. Beispielsweise kann das Produkt die Photolysefunktion und/oder die Luftreinigungsfunktion durch Photoaktivität von flüchtigen Substanzen, Geruchsstoffen, Schadstoffen etc. haben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Produkt ein Formkörper sein, bei welchem der Photokatalysator an ein Substrat durch Bedecken gebunden sein oder welches den Photokatalysator umfassen kann.
Das Produkt kann beispielsweise eine Formulierung, die einen Photokatalysator oder ein mit Photokatalysatorzusammensetzung bedecktes Substrat, einen Photokatalysator oder ein mit Photokatalysatorzusammensetzung imprägniertes Substrat, einen Photokatalysator oder ein mit Photokatalysatorzusammensetzung geformtes Substrat und Feststoff, Flüssigkeit oder beides davon, das den Photokatalysator oder die Photokatalysatorzusammensetzung umfasst, sein. Das Formgebungsverfahren kann Mischen eines Photokatalysators und einer Photokatalysatorzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Formmaterial umfassen oder das Zulassen, dass der Photokatalysator und die Photokatalysatorzusammensetzung durch Einspritzen des Photokatalysators und der Photokatalysatorzusammensetzung zusammen mit dem Formmaterial während des Formspritzens des Formmaterials geformt werden.
Obwohl die Zusammensetzung beispielsweise Formulierungen wie Pulver, Feststoff, Suspension, Emulsion, Creme, Salbe, Gel und Flüssigkeit umfassen kann und beispielsweise Tinte, Farbe, Färbemittel etc. umfassen kann, ist die Formulierung nicht darauf beschränkt. Obwohl das Produkt beispielsweise bei Kleidung wie Masken, Helmen, Gasmasken, Quarantänekleidung und Brandschutzkleidung, Pharmazeutika, Kosmetika, Sensoren, Halbleitern, Lithiumbatterien, Solarzellen, Kesseln, elektronischen Produkten wie Mobiltelefonen, Notebookcomputern, PCs, Kühlschränken, Klimaanlagen, Heizern, Heißkissen, Mikrowellenöfen, Küchengeräten wie Gasherden, Gasöfen, Kesseln, Löffeln und Essstäbchen, und Geschirr, Möbeln wie Betten und Kleiderschränken, Accessoires wie Halsketten, Innen- oder Baumaterialien wie Tinten, Farben (auf Basis von Wasser, auf Basis von Öl), Malfarben, als Färbemittel verwendete Farbstoffe und dergleichen, Kunstrasen, Kunstrasenfüllstoff, elastische Belagsmaterialien, Bodenmaterialien, Asphalt, Beton, elastische Bodenmaterialien für Kinderspielanlagen, Gehwegblöcke, Mittelstreifenabstandhaltern, Glas, Isolierungsplatten, Tapeten, Jalousien, Fenster, Matten, elastischen Matten, Yogamatten und Fliesen, Beleuchtungseinrichtungen oder Vorrichtungen wie Glüh- oder LED-Lampen und Tischlampen, Materialien zur Luftreinigung wie Kühl- und Heizmaschinenfilter, Entfeuchtungsfilter, Luftreinigungsfilter und medizinischer Ausrüstung und Kleidung wie Thermometer, Spritzen, Stethoskope, Diagnosekits oder Pflaster und Patientenbekleidung angewendet werden kann, ist das Produkt nicht darauf beschränkt.
Vorzugsweise kann das Produkt Baumaterialien zur Luftreinigung wie Farben, Tapeten, Jalousien, Gehwegblöcke, Mittelstreifenabstandshalter, Kunstrasen, Kunstrasenfüllstoff, elastische Belagsmaterialien, Bodenmaterialien, Asphalt, Beton und elastische Matten sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators auf Basis von anorganischem Oxid, und das Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators auf Basis von anorganischem Oxid kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Schritte umfassen: Herstellen eines anorganischen Oxids; Bilden einer Ferrocenschicht auf dem anorganischem Oxid; und Bilden einer von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht durch Ausführen eines Wärmebehandlungsprozess nach dem Schritt des Bildens der Ferrocenschicht. Der Schritt zum Herstellen eines anorganischen Oxids ist ein Schritt zum Herstellen einer Dispersion von anorganischem Oxid oder Anbringen des anorganischen Oxids an ein Substrat, wobei die Dispersion auf ein Lösungsmittel auf Basis von Wasser, ein Lösungsmittel auf Basis von Öl oder einer Mischung daraus angewendet werden kann, und wobei das Substrat ein Siliziumsubstrat, ein Wafer, ein Glassubstrat, ein Halbleitersubstrat, ein Metallsubstrat oder dergleichen sein kann. Das anorganische Oxid kann durch Rotationsbeschichtung (spin coating), Walzenbeschichtung (roll coating), Sprühbeschichtung (spray coating), Tauchbeschichtung (dip coating), Fließbeschichtung (flow coating), Klingenbeschichtung (doctor blade coating) etc. angebracht werden.
Beim Schritt des Bildens der Ferrocenschicht kann die Ferrocenschicht durch Verwenden eines Nassbeschichtungsverfahrens, eines Sputterverfahrens oder eines Abscheidungsverfahrens gebildet werden. Die Ferrocenschicht kann durch Verwenden eines Abscheidungsverfahren von vorzugsweise Atomlagenabscheidung (ALD), Temperatur geregelter chemischer Gasphasenabscheidung (TR-CVD) oder dergleichen gebildet werden, mehr bevorzugt durch TR-CVD. Wenn TR-CVD angewendet wird, wird die Menge an Ferrocen so eingestellt, dass die Menge an auf dem anorganischen Oxid abgeschiedenen Eisenoxid einfach eingestellt werden kann, wobei der Herstellungsprozess vereinfacht und der Photokatalysator effizient bereitgestellt werden kann.
Der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht kann bei Raumtemperatur bis 120°C, vorzugsweise bei 40 bis 100°C, und mehr bevorzugt bei 60 bis 100°C durchgeführt werden. Wenn TR-CVD angewendet wird, kann der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht nämlich bei 60 bis 100°C ausgeführt werden, um Abscheidung bei dem Verdampfungsprozess zu induzieren.
Der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht wird in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre unter atmosphärischen Bedingungen ausgeführt und weiterhin kann ein Inertgas umfasst sein.
Der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht kann die Ferrocenschicht bilden, welche 0.01 bis 20 Gew.% an Ferrocen, verglichen mit dem anorganischen Oxid, umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Bildens der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht teilweise oder vollständig die Ferrocenschicht in ein Eisenoxid oxidieren und Verunreinigungen wie Kohlenstoffreste durch Durchführen eines Wärmebehandlungsprozesses bei der Ferrocenschicht entfernen.
Der Schritt des Bildens der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht kann das Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses in zwei oder mehr Schritten bei einer Temperatur von 50 bis 900°C oder 100 bis 800°C umfassen.
Der Schritt des Bildens der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht kann beispielsweise die Schritte des Ausführens eines ersten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur von 100 bis 300°C und das Ausführen eines zweiten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur von 300 bis 900°C umfassen, in welchen jeder der Schritte das Ausführen des Wärmebehandlungsprozesses bei unterschiedlichen Temperaturen umfassen kann. Jeder der Schritte kann für 1 Minute bis 20 Stunden und unter einer Luft- oder Inertgasatmosphäre, welche 20% oder mehr an Sauersoff oder 40% oder mehr an Sauersoff enthält, ausgeführt werden.
In anderen Worten, der Schritt des Ausführens des ersten Wärmebehandlungsprozesses kann ein Glühprozess für die Eisenoxidabscheidung sein, welcher durch die Reaktion des Ferrocens mit Sauerstoff das Ferrocen in ein Eisenoxid umwandelt. Der Schritt des Ausführens des zweiten Wärmebehandlungsprozesses ist ein Wärmenachbehandlungsschritt, der nach dem ersten Wärmebehandlungschritt ausgeführt wird, und ein Glühprozess sein kann, welcher durch Entfernen der Verunreinigungen wie Carbiden die Aktivität und Leistung des Photokatalysators verbessert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung genauer mit Bezug auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
Die folgenden Beispiele sind jedoch lediglich anschaulich und die Inhalte der vorliegenden Erfindung sind nicht darauf beschränkt.
Beispiel 1
Photokatalysator (Fe-TiO₂) bei dem Eisenoxidpartikel in Nanogröße auf TiO₂ durch Verwenden eines Temperatur-geregelten chemischen Gasphasenabescheidungsreaktors von 2 unter Verwendung der in 3 gezeigten TR-CVD. Genauer wurden 0,02 g an Ferrocen, d.h. einem Vorläufer von Eisen, in einen aus Quarz gemachten Behälter gebracht und dann auf dem inneren Boden eines von einem Heizband umgebenen Edelstahlreaktor platziert. Nach dem Einbringen von 3 g an TiO₂ (TiO₂, P-25, Evonik, Partikelgröße: 25 nm) in einen aus Edelstahldrahtgitter gemachten Behälter und Platzieren von in den Container eingebrachten 3 g an TiO₂ auf den inneren, zentralen Abschnitt, wurde der Reaktor unter Verwendung eines Polyimidbands versiegelt. Ferrocen wurde durch Fortfahren mit dem Ferrocenabscheidungsverfahren als einem TR-CVD Gasphasenprozess bei einer Reaktortemperatur von 60°C für 2 Stunden and dann Erhöhen der Temperatur auf 200°C und Halten der Temperatur für 12 Stunden in ein Eisenoxid umgewandelt.
Anschließend wurde ein Photokatalysator (oder als Fe-TiO₂ ausgedrückt) einer Eisenoxid-TiO₂-Hybridnanostruktur durch Herausnehmen von TiO₂ und Durchführen eines zusätzlichen Wärmebehandlungsprozesses bei TiO₂ bei 750°C in trockener Luftgasatmosphäre für 2 Stunden endgültig hergestellt. Der Gehalt an Eisen, welches unter den entsprechenden Bedingungen auf TiO₂ abgeschieden wurde, war ungefähr 0,09 Gew.%.
Beispiel 2
Ein Photokatalysator mit einer Eisenoxid-TiO₂-Hybridnanotruktur wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass 0,05 g an Ferrocen als ein Vorläufer von Eisen verwendet wurden. Der Gehalt an Eisen, welches unter den entsprechenden Bedingungen auf TiO₂ abgeschieden wurde, war ungefähr 0,13 Gew.%.
Beispiel 3
Ein Photokatalysator mit einer Eisenoxid-TiO₂-Hybridnanotruktur wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass 0,1 g an Ferrocen als ein Vorläufer von Eisen verwendet wurde. Der Gehalt an Eisen, welches unter den entsprechenden Bedingungen auf TiO₂ abgeschieden wurde, war ungefähr 0,65 Gew.%.
Beispiel 4
Ein Photokatalysator mit einer Eisenoxid-TiO₂-Hybridnanotruktur wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass 0,3 g an Ferrocen als ein Vorläufer von Eisen verwendet wurde. Der Gehalt an Eisen, welches unter den entsprechenden Bedingungen auf TiO₂ abgeschieden wurde, war ungefähr 1,81 Gew.%.
Nach Vergleichen von Transparenz und Farbe des hergestellten Photokatalysators (Fe-TiO₂) mit denen eines mit einem allgemeinen Eisenoxid beschichteten TiO₂-Katalysators, werden die Vergleichsergebnisse in 4 gezeigt. Wenn 4 geprüft wird, kann bestätigt werden, dass ein Photokatalysator (Fe-TiO₂), der mit von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxid beschichtet ist, eine transparente und leicht gelbe Farbe hat, verglichen mit einem Photokatalysator (Fe₂O₃-TiO₂), der mit einem Eisenoxid (Fe₂O₃) beschichtet ist.
Nach Messen von TEM Bildern (durch ein Transmissionselektronenmikroskop gemessene Bilder) der hergestellten Photokatalysatoren (Fe-TiO₂) werden die Messergebnisse in 5 gezeigt. 5 zeigt, dass, wenn der Eisengehalt abnimmt, die Größe der auf der Oberfläche von Fe-TiO₂ abgeschiedenen Eisenoxidpartikel abnimmt.
Nach Messen von spezifischen Oberflächen (BET) und BJH durchschnittlicher Porengrößen durch Stickstoffadsorptionsanalyse der hergestellten Photokatalysatoren (Fe-TiO₂) werden die Messergebnisse in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

0.13 Gew.% 0.65 Gew.% 1.81 Gew.%

Fe-TiO₂ Fe-TiO₂ Fe-TiO₂

BET Oberfläche (m²/g) 11,6259 10,3426 8,3939

BJH Adsorption durchschnittliche Porengröße (nm) 13,2 12,5 13,9
Tabelle 1 zeigt, dass, obwohl der Eisengehalt von Fe-TiO₂ variiert, die spezifischen Oberflächen und die durchschnittliche Porengröße nicht groß verändert werden und dass Mesoporen von Fe-TiO₂ gebildet werden.
Auswertungsbeispiel 1
Nach Einbringen des Photokatalysators (Fe-TiO₂) von Beispiel 1 in einen Batchreaktor mit einem Volumen von 5,3 Litern, dessen obere Oberfläche aus Quarzglas gebildet wurde, werden die Photolyseeigenschaften von Acetaldehyd durch Bestrahlen mit einem Licht im sichtbaren Bereich mit einer weißen LED unter Bedingungen, welche eine Anfangskonzentration an Acetalaldehyd von 66 ppm, eine trockene Luftatmosphäre (relative Feuchtigkeit bis zu 33% und einem Gesamtdruck von 760 Torr) und Raumtemperatur umfassen, ausgewertet. Der Acetaldehyd innerhalb des Reaktors wurde regelmäßig unter Verwendung von Gaschromatografie gemessen. Die Ergebnisse sind in 6 gezeigt.
6 zeigt Graphen, welche (a) die Änderung der Molzahl von Acetaldehyd gemäß der Bestrahlungszeit von sichtbarem Licht (Weißlicht) unter Bedingungen von 33% Feuchtigkeit und (b) die Änderung der Molzahl von als Resultat der Photolysereaktion von Acetaldehyd erzeugten Kohlenstoffdioxid zeigen. 6 bestätigt, dass die Photolyse von Acetaldehyd durch die photokatalytische Aktivität aufgrund der Bestrahlung von sichtbarem Licht (Weißlicht) in dem in den Beispielen hergestellten Photokatalysator (Fe-TiO₂) durchgeführt wird und es kann bestätigt werden, dass das sichtbare Licht die größte Zersetzungseffizienz bei einer Ferrocenabscheidungsmenge von 0,09 Gew.% hat. Weiterhin kann bestätigt werden, dass, wenn der Eisengehalt zunimmt, die Acetaldehydphotolyserate von Fe-TiO₂ zunimmt.
Auswertungsbeispiel 2
Die Photolyseeigenschaften von Acetaldehyd wurden auf die gleiche Weise wie in Auswertungsbeispiel 1 jeweils bei trockenen Bedingungen ohne Feuchtigkeit und feuchten Bedingungen mit einer relativen Feuchtigkeit bis zu 33% unter Verwendung eines Photokatalysators (Fe-TiO₂) mit einer abgeschiedenen Ferrocenmenge von 0,13 Gew.% ausgewertet. Acetaldehyd und Kohlenstoffdioxid innerhalb des Reaktors wurden regelmäßig unter Verwendung von Gaschromatografie gemessen. Die Ergebnisse sind in 7 und 8 gezeigt.
7 sind Graphen, welche (a) die Änderung der Molzahl von Acetaldehyd gemäß der Bestrahlungszeit von sichtbarem Licht, wenn ein Acetaldehydphotolyseexperiment unter trockenen Bedingungen und Bedingungen bei 33% Feuchtigkeit durchgeführt wird, und (b) die Änderung der Molzahl von als Resultat der Photolysereaktion von Acetaldehyd erzeugten Kohlenstoffdioxid zeigen. 7 zeigt, dass die Steigung von zwei Graphen gleichermaßen in der gleichen Acetaldehydkonzentration, die durch die gepunktete Linie angezeigt wird, gezeigt werden, aber die Photolyseaktivität unabhängig von der Gegenwart oder Abwesenheit von Feuchtigkeit ähnlich erhalten wird.
Weiterhin kann bestätigt werden, dass die Erzeugung von Kohlenstoffdioxid abhängig von der Lichtbestrahlungsdauer zunimmt, das heißt, dass Kohlenstoffdioxid durch die vollständige Oxidation von Acetaldehyd erzeugt wird.
8 sind Graphen, welche (a) die Änderung der Molzahl von Acetaldehyd gemäß der Bestrahlungszeit von sichtbarem Licht, wenn wiederholt Acetaldehyd in einem Acetaldehydphotolyseexperiment unter Feuchtigkeitsbedingungen von 33% verwendet wird, und (b) die Änderung der Molzahl von als Resultat der Photolysereaktion von Acetaldehyd erzeugtem Kohlenstoffdioxid zeigen, und es kann bestätigt werden, dass die hohe photokatalytische Aktivität sogar in dem wiederholten Photolyseexperiment erhalten wird.
Umfassend wurde ein Eisenoxid-abgeschiedenes TiO₂ (nachfolgend als Fe-TiO₂ bezeichnet) in einem Photolyseexperiment von Acetaldehyd, d.h. einer der repräsentativen, flüchtigen organischen Verbindung, verwendet, und Acetaldehydphotolyseaktivitäten von Fe-TiO₂ wurden abhängig vom Gehalt an Eisenoxid in der Erfindung verglichen. Demzufolge ist die Photolyseaktivität von Acetaldehyd von Fe-TiO₂ am höchsten, wenn der Eisengehalt so niedrig wie etwa 0,09 Gew.% ist, und ungefähr 70% der anfänglichen Acetaldehydkonzentration (ungefähr 95 mol ppm) werden innerhalb von 20 Stunden abgebaut. Zusätzlich wird bestätigt, dass, obwohl die Aktivität eines Photokatalysators in Allgemeinen stark durch Feuchtigkeit beeinflusst wird, das in der vorliegenden Erfindung hergestellte Fe-TiO₂ ähnliche katalytische Aktivitäten unter trockenen und feuchten Bedingungen hat, so dass die Photokatalysatoraktivität nicht feuchtigkeitsempfindlich ist. Als Ergebnis der Ausführung eines Stickstoffadsorptionsexperiments von Fe-TiO₂ mit verschiedenen Eisengehalten, wird bestätigt, dass die Eisengehalte die gesamte spezifische Oberfläche des Photokatalysators nicht stark beeinflussen. Darüber hinaus, wenn geprüft wird, dass die photokatalytische Aktivität von Fe-TiO₂ durch den Eisengehalt stark beeinflusst wird, kann gesehen werden, dass bei der Aktivität des Photokatalysators die elektronische Struktur von einer Grenzfläche zwischen den abgeschiedenen Eisenoxidnanopartiklen und TiO₂ wichtiger ist als die Oberflächenstruktur. Weiterhin kann durch ein Transmissionselektronenmikroskop bestätigt werden, dass wenn der Eisengehalt abnimmt, die Größe der auf der Oberfläche existierenden Eisenoxidpartikel abnimmt und die photokatalytische Aktivität verringert werden kann, wenn Eisenoxidpartikel in einem Größenbereich von 1 bis 3 Nanometer abgeschieden werden. Den Analyseergebnissen nach zu urteilen, ist Fe-TiO₂ zur schnellen Zersetzung von Acetaldehyd durch Absorbieren von Licht aus dem sichtbaren Bereich des Lichts und sehr effektivem Trennen von Paaren an Elektronen/Löchern fähig, um die getrennten Paare an Elektronen/Löchern mit Sauerstoff/Wasserstoff zur Reaktion zu bringen und dadurch Radikale zu erzeugen, wenn Eisenoxidpartikel mit einer sehr kleinen Größe in einer Menge von ungefähr 0,09 Gew.% enthalten sind. Wenn indes ein organisches Zielmaterial nicht vollständig, sondern unvollständig oxidiert wird und an der Oberfläche des Katalysators verbleibt, um die aktive Stelle zu blockieren, nimmt die Aktivität des Photokatalysators ab und dies wird als eines der größten Probleme des Photokatalysators angeführt. Es ist jedoch bestätigt, dass die katalytische Aktivität sogar bei den wiederholten Acetaldehydphotolyseexperimenten von in der vorliegenden Erfindung hergestellten Fe-TiO₂ genauso erhalten bleibt und dass es entsprechend kein Problem der sich verschlechternden katalytischen Aktivität gibt.
Obwohl die oben erwähnten Beispiele durch begrenzte Beispiele und Zeichnungen beschrieben wurden, kann der Fachmann verschiedene Modifikationen und Änderungen von der oben erwähnten Beschreibung anwenden. Beispielsweise können passende Ergebnisse erreicht werden, obwohl die beschriebenen Techniken in einer abweichenden Reihenfolge von einem beschriebenen Verfahren ausgeführt werden und/oder beschriebene Elemente in einer abweichenden Form von einem beschriebenen Verfahren kombiniert oder gemischt oder mit anderen Elementen oder Äquivalenten ersetzt oder substituiert werden. Deshalb gehören andere Ausführungsformen, andere Beispiele und Äquivalente zu den Patentsprüchen zum Schutzumfang der später beschriebenen Patentansprüche.

Claims

Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid, umfassend: ein anorganisches Oxid; und eine von Ferrocen abgeleitete, auf dem anorganischen Oxid gebildete Eisenoxidschicht.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei Eisen in der von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht in einer Menge von 0,001 bis 10 Gew.%, verglichen mit dem anorganischen Oxid, enthalten ist.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei die von Ferrocen abgeleitete Eisenoxidschicht durch Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses an auf dem anorganischen Oxid abgeschiedenen Ferrocen erhalten wird.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei das anorganische Oxid mindestens eines umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, welche mindestens eines von Ti, Zn, Al und Sn umfassen.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei das anorganische Oxid mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Perlenform, einer Pulverform, einer Stabform, einer Drahtform, einer Nadelform und einer Faserform umfasst und das anorganische Oxid eine Größe von 1 nm bis 500 µm hat.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid eine Photoaktivität in einem Bereich des sichtbaren Lichts von 400 nm oder mehr hat.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid eine Photoaktivität in einem trockenen Zustand von 30% oder weniger Feuchtigkeit hat.
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei das von Ferrocen abgeleitete Eisenoxid eine oder mehrere der durch die folgende chemische Formel 1 dargestellte Verbindungen umfasst: [Chemische Formel 1] F e_xO_YH_z (X, Y und Z jeweils ausgewählt sind aus 0 bis 3; und X und Y sind nicht 0).
Der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid eine spezifische Oberfläche von 5 (m²/g) oder mehr und eine durchschnittliche Porengröße von 50 nm oder weniger hat.
Photokatalysatorzusammensetzung umfassend den Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1, wobei der Photokatalysator in einer Menge von 0,01 bis 99 Gew.% in der Photokatalysatorzusammensetzung enthalten ist.
Produkt mit einer Photolysefunktion, wobei das Produkt den Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid nach Anspruch 1 umfasst.
Produkt nach Anspruch 11, wobei das Produkt ein Formkörper ist, bei dem der Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid auf einem Substrat beschichtet ist oder welcher den Photokatalysator auf Basis von anorganischem Oxid umfasst.
Produkt nach Anspruch 11, wobei das Produkt bei Baumaterialien zur Luftreinigung, welche eine Funktion beim Zersetzen von sauren Gasen und organischen Substanzen haben, angewendet wird.
Produkt nach Anspruch 13, wobei die Baustoffe zur Luftreinigung eines oder mehrere aus Farben, Tapeten, Jalousien, Gehwegblöcken, Mittelstreifenabstandshaltern, Kunstrasen, Kunstrasenfüllstoff, elastischen Belagsmaterialien, Bodenmaterialien, Asphalt, Beton und elastischen Matten ist/sind.
Verfahren zum Herstellen eines Photokatalysators auf Basis von anorganischem Oxid, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Herstellen eines anorganischen Oxids; Bilden einer Ferrocenschicht auf dem anorganischen Oxid; und Bilden einer von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht durch Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses nach dem Schritt des Bildens der Ferrocenschicht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht ausgeführt wird durch ein Nassbeschichtungsverfahren, ein Sputterverfahren oder ein Abscheidungsverfahren, und wobei der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht bei Raumtemperatur bis 120°C ausgeführt wird und die Ferrocenschicht 0,001 to 20 Gew.% an Ferrocen, verglichen mit dem anorganischen Oxid, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bildens der Ferrocenschicht das Bilden einer Ferrocenabscheidungsschicht unter Verwendung von Temperatur-regulierter chemischer Gasphasenabscheidung (TR-CVD) ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bildens einer von Ferrocen abgeleiteten Eisenoxidschicht die Schritte umfasst: Ausführen eines ersten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur von 100 bis 300°C; und Ausführen eines zweiten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur von 300 bis 900°C; wobei jeder der Schritte das Ausführen des Wärmebehandlungsprozesses bei unterschiedlichen Temperaturen umfasst.