TWI404567B - Photocatalyst material, organic decomposition method, built-in component, air cleaner, oxidizer manufacturing device - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種具有可見光活性的光觸媒材料，又，係有關於一種使用該光觸媒材料而成之有機物分解方法、使用該光觸媒材料而形成之內裝構件、空氣清淨裝置、氧化劑製造裝置。
光觸媒材料，因為係利用低成本且環境負荷非常小的光線來作為能源，並顯現出將有機物或氮氧化物等的一部分無機物氧化、分解之活性，近年來，在環境淨化、脫臭、防污、殺菌等的應用，持續進展，並開發、研究各種的光觸媒材料。
被廣為知悉的光觸媒，有在紫外線照射下顯現活性之氧化鈦，但是，以在住宅內部等紫外線照射較少的環境下之利用作為前提，希望有一種可在可見光照射下顯現活性之光觸媒材料，並進行其開發、研究。
例如，專利文獻1揭示一種具有可見光活性的光觸媒材料，其係利用氮原子來取代氧化鈦結晶的氧側的一部分而成。
該專利文獻1所揭示的光觸媒，係藉由利用氮原子來取代氧化鈦結晶的氧側的一部分而在氧化鈦的價電子帶的負側形成新的孤立位準(孤立能階或孤立量子能階)，來使可見光活性顯現者。存在於孤立位準的電子，當碰撞到具有傳導帶的能隙(energy gap)以上的能量之光子時，會從孤立位準被激發至氧化鈦的傳導帶，另一方面，在孤立位準生成正電洞，藉此，能夠顯現活性。
但是，因為在氧化鈦的價電子帶之負側，如上述所形成的孤立位準係電位小，藉由照射可見光而電子激發時所生成的正電洞之氧化力係較低，而且在孤立位準所生成的正電洞，其移動受到限制，與作為氧化對象的基質之反應性低。因此，專利文獻1所揭示之光觸媒材料，雖然係具有可見光活性者，但是會有氧化分解活性低之問題。
另一方面，藉由在氧化鈦的鈦離子側摻雜其他金屬離子而使氧化鈦的傳導帶下端電位移動至正電位側、或是藉由在傳導帶下端電位的正電位側形成孤立位準，能夠使可見光吸收性顯現。但是，在具有可見光吸收性程度，使氧化鈦的傳導帶下端電位移動至正電位側、或是在傳導帶下端電位的正電位側形成孤立位準時，因為所移動的傳導帶下端或是所形成的孤立位準之電位，係比氧-電子還原電位(-0.046V vs. SHE,pH=0)大，光激發電子無法將氧進行一電子還原。光激發電子係與所生成的正電洞再結合致使氧化分解活性失活，因此，金屬離子摻雜氧化鈦會有只能顯示非常小的氧化分解活性之問題。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第3601532號公報
本發明係鑒於上述的課題而開發出來，其目的係提供一種藉由照射可見光而顯示高氧化分解活性之金屬離子摻雜氧化鈦系的光觸媒材料；而且，其目的係提供一種利用該高氧化分解活性而成之有機物分解方法、內裝構件、空氣清淨裝置及氧化劑製造裝置。
本發明之具有可見光活性的光觸媒材料，其特徵在於：對氧化鈦摻雜金屬離子，並在將價電子帶的電位設為3V(vs. SHE,pH=0)以上且將價電子帶與由價電子帶所激發後的電子的位準(包含傳導帶下端電位、孤立電位)之能帶隙(band gap)設為3V以下而成之金屬離子摻雜氧化鈦的表面，保持銅二價鹽及/或鐵三價鹽而構成。
而且，為了如此地控制價電子帶的電位及能帶隙，係藉由不使氧化鈦的價電子帶的電位變化，而對氧化鈦摻雜金屬離子，使傳導帶下端電位移動至正電位側、或在傳導帶下端電位的正電位側形成孤立位準而成。
本發明的銅二價鹽或鐵三價鹽，係作為氧的多電子還原觸媒來加以利用。亦即，若對在金屬離子摻雜氧化鈦的表面保持銅二價鹽或鐵三價鹽而形成之光觸媒材料，照射具有金屬離子摻雜氧化鈦的能帶隙以上的能量之光線時，則從金屬離子摻雜氧化鈦的價電子帶被激發後的光激發電子，係從金屬離子摻雜氧化鈦的傳導帶移動至在金屬離子摻雜氧化鈦上所保持的銅二價鹽的Cu(II)離子或鐵三價鹽的Fe(III)離子，來將Cu(II)離子還原成為Cu(I)離子、將Fe(III)還原成為Fe(II)離子。然後，如下式所示，Cu(I)離子或Fe(II)離子。係將環境中的氧原子進行多電子還原，2電子還原時係使其產生過氧化氫，4電子還原時係使其產生水，而本身係恢復成為Cu(II)離子或Fe(III)離子。
：2電子還原
2Cu(I)+O2
+2H+
→2Cu(II)+H2
O2
2Fe(II)+O2
+2H+
→2Fe(III)+H2
O2
：4電子還原
4Cu(I)+O2
+4H+
→4Cu(II)+2H2
O
4Fe(II)+O2
+4H+→4Fe(III)+2H2
O
或是，
3Cu(I)+O2
+4H+
→2Cu(II)+Cu(III)+2H2
O
4Fe(II)+O2
+2H2
O→4Fe(III)+4OH-
如此，在金屬離子摻雜氧化鈦上所保持的銅二價鹽的Cu(II)離子或鐵三價鹽的Fe(III)離子，係作為氧的多電子還原觸媒而發揮作用。
而且，藉由該機制，因為從金屬離子摻雜氧化鈦的價電子帶被激發後的光激發電子，係有效率地被消耗而生成水或氧化活性種亦即過氧化氫之緣故，能夠消除先前之金屬離子摻雜氧化鈦的問題亦即光激發電子的活性低落，於是，本發明的光觸媒材料，係藉由可見光照射下而高效率地顯現氧化分解活性者。
又，因為金屬離子摻雜氧化鈦的價電子帶的電位，係與氧化鈦同樣地為較大的3.0V(vs. SHE,pH=0)以上，所以因光照射而在價電子帶所生成的正電洞，係與藉由對通常的光觸媒氧化鈦照射紫外線而在價電子帶所生成的正電洞，具有同等的強氧化力。因此，相較於專利文獻1所揭示的氮摻雜氧化鈦，在孤立位準所生成的正電洞係只具有較弱的氧化力，本發明的光觸媒材料係能夠高效率地顯現氧化分解活性者。
又，本發明之特徵係在移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準之電位，係0V(vs. SHE,pH=0)以上、0.8V(vs. SHE,pH=0)以下。
移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準之電位，係在該範圍為佳，這是因為Cu(I)離子與Cu(II)離子的氧化還原電位為0.16V(vs. SHE,pH=0)、Fe(II)離子與Fe(III)離子的氧化還原電位為0.77V(vs. SHE,pH=0)，從金屬離子摻雜氧化鈦的價電子帶被激發後的光激發電子，係容易從金屬離子摻雜氧化鈦的傳導帶移動至在金屬離子摻雜氧化鈦上所保持的銅二價鹽的Cu(II)離子及/或鐵三價鹽的Fe(III)離子之緣故。
而且，在本發明，在金屬離子摻雜氧化鈦所保持的銅二價鹽及/或鐵三價鹽之保持量，係相對於金屬離子摻雜氧化鈦，銅元素及/或鐵元素的質量比率以0.0001～1%的範圍為佳。
藉由將銅二價鹽或鐵三價鹽設定在該範圍，不會阻礙對金屬離子摻雜氧化鈦之光照射，且能夠充分地得到作為銅二價鹽或鐵三價鹽的多電子還原觸媒之作用。
又，在本發明，銅二價鹽或鐵三價鹽的陰離子，係以氫氧離子為佳。若是此種氫氧離子時，能夠得到良好的光觸媒活性。
而且，本發明之有機物分解方法，其特徵在於：對具有上述的可見光活性之光觸媒材料，照射可見光而將有機物分解。
如上述，本發明之光觸媒材料，係藉由照射可見光而具有高氧化分解活性者，能夠將接觸該光觸媒材料之有機物產生氧化分解。
又，本發明之內裝材，其特徵在於：在表層含有具有上述的可見光活性之光觸媒材料，本發明之空氣清淨裝置、氧化劑製造裝置，其特徵在於：使用具有上述的可見光活性之光觸媒材料而形成。
本發明的光觸媒材料，若照射具有金屬離子摻雜氧化鈦的能帶隙以上的能量之可見光時，則生成具有強氧化力的正電洞、及透過銅二價鹽或鐵三價鹽而生成具有氧化力的過氧化氫。在此，雖然亦取決於在移動至正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準之電位，金屬離子摻雜氧化鈦的吸收波長端為450奈米左右，另一方面，通常的光觸媒材料的氧化鈦的吸收波長端為400奈米左右。而且，因為室內之通常使用的白色螢光燈係具有400～450奈米左右之較強的亮線，雖然先前的氧化鈦光觸媒時，無法顯現活性，但是本發明的光觸媒材料，係在以室內作為代表之此種波長區域的可見光照射下，能夠顯現強氧化分解活性者。
而且，先前的氧化鈦光觸媒時，因為氧化鈦的傳導帶下端電位小，係將環境中的氧進行一電子還原而生成活性氧種亦即過氧化物陰離子(‧O2 -
)。
：1電子還原
O2
+e-
→‧O2 -
另一方面，本發明之光觸媒材料，其藉由可見光照射所激發的光激發電子，係透過Cu(II)離子或Fe(III)離子而被氧的多電子還原觸媒所消耗，來生成如上述的過氧化氫或水。如此，就未生成活性氧種亦即過氧化物陰離子而言，本發明的光觸媒材料在安全方面亦具有優點。
亦即，本發明的光觸媒材料，具有在可見光照射下顯示強氧化分解活性，同時不會生成有害的活性氧種亦即過氧化物陰離子之特徵。這意味著能夠滿足將光觸媒材料使用於住宅的內裝構件時所特別重視的可見光活性、安全性之性能，本發明的光觸媒材料，係特別適合應用於住宅的內裝構件者。亦即，在表層設置本發明的光觸媒材料而成之住宅的內裝構，件係具有高可見光活性及安全性者。
又，因為本發明的光觸媒材料，係在可見光照射下顯示強氧化分解活性，亦可適合利用於空氣清淨裝置。亦即，利用先前的氧化鈦等的光觸媒之空氣清淨裝置時，必須使用昂貴的紫外線光源來使其顯現活性，但是利用本發明的光觸媒材料時，因為使用價廉的螢光燈來作為光源來使其顯現強氧化分解活性，所以能夠價廉地製造空氣清淨裝置。
而且，本發明的光觸媒材料，係在可見光照射下如上述地生成過氧化氫。過氧化氫作為氧化劑係安定的，而且耐用期限比較長，因此，在結束光照射後之某程度時間，本發明的光觸媒亦具有保持氧化分解活性之可能性。而且，若藉由適當的介質，使如此所生成的過氧化氫移動時，能夠在本發明的光觸媒材料的表面以外之場所，利用氧化分解活性。因此，藉由使用本發明的光觸媒材料來形成氧化劑製造裝置，能夠安定地製造出耐用期限長的氧化劑。
若依照本發明，能夠提供一種藉由照射可見光而顯示高氧化分解活性之金屬離子摻雜氧化鈦系的光觸媒材料。
又，能夠提供一種利用該高氧化分解活性而成之有機物分解方法、內裝構件、空氣清淨裝置及氧化劑製造裝置。
以下，說明用以實施本發明之最佳形態。
作為本發明之氧化鈦，係沒有特別限定，能夠使用微粒子氧化鈦或薄膜狀的氧化鈦。光觸媒反應，因為其光觸媒的比表面積越大越有利，所以特別希望是微粒子。又，氧化鈦的結晶結構係沒有特別限定，能夠使用金紅石(rutile)型、銳鈦(anatase)型、板鈦(brookite)型等。
本發明，係使用一種對氧化鈦摻雜金屬離子而成之金屬離子摻雜氧化鈦。摻雜在氧化鈦中的金屬離子，係將價電子帶的電位設為3V(vs. SHE,pH=0)以上且將價電子帶與由價電子帶所激發後的電子的位準之能帶隙設為3V以下者，具體上，若是能夠使氧化鈦的傳導帶下端電位移動至正電位側、或是能夠在傳導帶下端電位的正電位側形成孤立位準者即可，沒有特別限定，可舉出例如Ce(IV)、Ge(IV)、V(V)、Ga(III)等。雖然價電子帶的電位越高，在價電子帶所生成的正電洞的氧化力越高，但是因為太高時，能帶隙擴大而變為無可見光吸收性，以與氧化鈦同等之3～3.3V左右為佳。雖然能帶隙的大小係越小時，能夠吸收的光線之波長係往長波長側移動而有效波長區域擴大，但是因為係依照價電子帶與移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準的電位之較佳範圍來規定，所以較佳範圍是2.2～3V。
對氧化鈦摻雜金屬離子來製造金屬離子摻雜氧化鈦之方法，沒有特別限定，可舉出溶膠凝膠法、固相法、水熱法、使用濺射或CVD之積層法等。
而且，藉由使金屬離子摻雜氧化鈦的表面，保持銅二價鹽及/或鐵三價鹽，能夠得到本發明的光觸媒材料。可以只有保持銅二價鹽及鐵三價鹽之任一方，亦可以保持銅二價鹽及鐵三價鹽之雙方。
使金屬離子摻雜氧化鈦的表面保持銅二價鹽或鐵三價鹽之方法，沒有特別限定，可舉出例如水溶液浸漬法等。
在本發明，作為銅二價鹽或鐵三價鹽，沒有特別限定，可使用例如氯化銅(CuCl2
‧2H2
O)、氯化鐵(FeCl3
)等，來作為銅二價鹽或鐵三價鹽的起始物質。
該等之中，銅二價鹽或鐵三價鹽，其陰離子較佳是氫氧離子。其他種的離子時，會有光觸媒活性低落的情況。作為銅二價鹽或鐵三價鹽的起始物質，例如銅二價鹽時，能夠使用氯化銅(CuCl2
‧2H2
O)、鐵三價鹽時能夠使用氯化鐵(FeCl3
)等，在製造本發明的光觸媒材料時，藉由在水溶液中，對金屬離子摻雜氧化鈦微粒子，經由浸漬、加熱的步驟，銅二價鹽或鐵三價鹽，係作為高分散的微細粒子，被保持金屬離子摻雜氧化鈦的表面，同時陰離子係成為氫氧離子。推測Cu(II)係處於6配位的狀態，具體地，推測銅二價鹽與金屬離子摻雜氧化鈦的氧原子鍵結時，係例如Ti-O-Cu(OH)2
‧3H2
O的狀態，被吸附時係例如Cu(OH)4
‧4H2
O的狀態。
在金屬離子摻雜氧化鈦上的銅二價鹽或鐵三價鹽之保持量，相對於金屬離子摻雜氧化鈦，其銅二價鹽中的銅元素或鐵三價鹽中的鐵元素的質量比率，以在0.0001～1%的範圍為佳。將銅二價鹽及鐵三價鹽，各自單獨保持時，能夠以銅二價鹽中的銅元素為0.0001～1%的範圍、鐵三價鹽中的鐵元素為0.0001～1%的範圍之方式來設定，保持銅二價鹽及鐵三價鹽的雙方時，能夠以銅二價鹽中的銅元素及鐵三價鹽中的鐵元素之合計量為0.0001～1%的範圍之方式來設定。
在本發明的光觸媒材料中，因為接受光激發的材料係金屬離子摻雜氧化鈦，當金屬離子摻雜氧化鈦的表面廣闊地被銅二價鹽或鐵三價鹽被覆時，會有對金屬離子摻雜氧化鈦的光照射受到阻礙致使光觸媒活性降低之可能性。而且，因為銅二價鹽或鐵三價鹽的作用，係作為多電子還原觸媒，為了有效率地顯現觸媒活性，較佳是以未凝聚而高分散性的微細粒子之形態，被金屬離子摻雜氧化鈦保持。因此，銅二價鹽或鐵三價鹽的保持量，相對於金屬離子摻雜氧化鈦，其銅元素或鐵元素的質量比率以1%以下為佳。又，相反地，若銅二價鹽或鐵三價鹽的保持量太少時，因為作為多電子還原觸媒的作用變為不充分，相對於金屬離子摻雜氧化鈦，其銅元素銅二價鹽或鐵元素的質量比率以0.0001%以上為佳。
如上述進行而得到之本發明的光觸媒材料，係藉由照射具有金屬離子摻雜氧化鈦的能帶隙以上的能量之可見光，如前述，生成具有強氧化力的正電洞、及透過銅二價鹽或鐵三價鹽而生成具有氧化力的過氧化氫。藉由該等能夠將有機物氧化分解。而且，金屬離子摻雜氧化鈦的吸收波長端為450奈米左右，因為在室內通常所使用的白色螢光燈具有400～450奈米之較強的亮線，所以本發明的光觸媒材料係在以室內作為代表之可見光照射下，能夠顯現強氧化分解活性者。
能夠被本發明的光觸媒材氧化分解之有機物，沒有特別限制，可舉出例如成為病態住宅(sick house)症候群的原因之甲醛或乙醛之醛、酮類或甲苯等揮發性有機化合物(VOC)等。又，其他可舉出例如甲基硫醇或三甲胺等的臭氣物質、皮脂、肥皂垢、油脂、調味料等污染物質、大腸菌或黃色葡萄球菌等的細菌類等亦可被氧化分解之有機物。如此，本發明的光觸媒材料係具有環境淨化、脫臭、防污、殺菌等功能，能夠使用於需要該等功能之用途。
能夠利用本發明的光觸媒材料之構件、設備等，沒有特別限制。本發明的光觸媒材料，不僅是在可見光照射下，在紫外線照射下亦具有優良的氧化分解活性，亦能夠適合利用於現狀的光觸媒材料被使用的應用對象。其中，以應用於內裝構件、空氣清淨裝置為佳。
本發明的光觸媒材料，係如前述，在可見光照射下顯示強氧化分解活性，同時具有不會生成有害的活性氧種亦即過氧化物陰離子之特性。這能夠滿足將光觸媒材料使用於住宅的內裝構件時所特別重視的可見光活性、安全性之性能，本發明的光觸媒材料係特別適合應用於住宅的內裝構件者。
應用在內裝構件，係能夠藉由使內裝構件的表層含有本發明的光觸媒材料來進行。使內裝構件的表層含有光觸媒材料之方法，沒有特別限定，可舉出例如藉由在被覆材調配光觸媒材料，並將該被覆材塗裝於內裝構件的表面，來形成含有光觸媒材料的表層之方法等。
作為此種在表層含有本發明的光觸媒材料之內裝構件之具體例，沒有特別限定，可舉出例如門、收納門、天花板材、壁材、地板材、隔間、室內裝飾材、樓梯、框、扶手、窗框、洗臉台、廚房、廁所、浴室構件等。
又，本發明的光觸媒材料，係如前述，因為在可見光照射下能夠顯示強氧化分解活性，亦適合利用於空氣清淨裝置。亦即，利用先前的氧化鈦等的光觸媒之空氣清淨裝置時，必須使用昂貴的紫外線光源來使其顯現活性，但是利用本發明的光觸媒材料時，因為使用價廉的螢光燈作為光源來使其顯現強氧化分解活性，所以能夠價廉地製造空氣清淨裝置。
將本發明的光觸媒材料利用於空氣清淨裝置之方法，沒有特別限定，可舉出例如使過濾空氣的過濾器保持光觸媒材料，並在空氣清淨裝置組入該過濾器之方法等。
而且，本發明的光觸媒材料，其特徵係在可見光照射下生成過氧化氫。過氧化氫作為氧化劑係安定的，而且耐用期限比較長，因此，在結束光照射後之某程度時間，本發明的光觸媒亦具有保持氧化分解活性之可能性。而且，若藉由適當的介質，使如此所生成的過氧化氫移動時，能夠在本發明的光觸媒材料的表面以外之場所，利用氧化分解活性。因此，本發明的光觸媒材料，能夠應用於氧化劑製造裝置。
將本發明的光觸媒材料，利用作為氧化劑製造裝置之方法，沒有特別限定，可舉出例如形成具備保持本發明的光觸媒材料之構件及光源之氧化劑製造裝置之方法。將該氧化劑製造裝置，組入洗衣機，並將水作為過氧化氫之介質，而在洗衣槽內生成過氧化氫，能夠藉由該過氧化氫，將洗衣槽中的污染或臭味氧化分解。
[實施例]
接著，藉由實施例來具體地說明本發明。又，本發明係未限定於下述實施例。
(實施例1)
將氧化鈦(TiO2
)(金紅石型、TAYCA(股)及氧化鈰(CeO2
、和光純藥工業(股))，以莫耳比為0.995：0.005混合，並在1200℃焙燒5小時而得到鈰離子摻雜氧化鈦。依照紫外線光電子光譜法來測定該鈰離子摻雜氧化鈦時，價電子帶上端電位為3V(vs. SHE,pH=0)。又，藉由平帶電位測定來實行測定時，傳導帶下端電位為0.05V(vs. SHE,pH=0)。
然後，將該鈰離子摻雜氧化鈦，以相對於蒸餾水之TiO2
的比率為10質量%的方式，使其懸浮並分散於蒸餾水中。隨後，對此以相對於TiO2
之Cu(II)的比率為0.1質量%的量，添加CuCl2
‧2H2
O(和光純藥工業(股))，並且一邊攪拌一邊加熱至90℃而保持1小時。將如此進行而得到的懸浮液，藉由吸引過濾來過濾分開且使用蒸餾水將殘渣洗淨後，在110℃加熱乾燥而得到作為評價用試樣之保持有銅二價鹽之鈰離子摻雜氧化鈦。
將該保持有銅二價鹽之Cu(II)保持鈰離子摻雜氧化鈦，進行電感耦合電漿發光分析、原子吸光分析時，Cu(II)係被保持0.03質量%(vs. TiO2
)。
又，在第1圖顯示氧化鈦金紅石(TiO2
)、鈰離子摻雜氧化鈦(Ce0.005
Ti0.995
O2
)、Cu(II)保持鈰離子摻雜氧化鈦的紫外線可見擴散反射光譜。依照第1圖，能夠確認藉由鈰離子摻雜，能帶隙變為狹窄且吸收波長係往長波長側移動。
(實施例2)
與實施例1同樣地進行而得到鈰離子摻雜氧化鈦。隨後，將該鈰離子摻雜氧化鈦，以相對於蒸餾水之TiO2
的比率為10質量%的方式，使其懸浮並分散於蒸餾水中。隨後，對此以相對於TiO2
之Fe(III)的比率為0.1質量%的量，添加FeCl3
‧2
H2
O(和光純藥工業(股))，並一邊攪拌一邊加熱至90℃而保持1小時。將如此進行而得到的懸浮液，藉由吸引過濾來過濾分開且使用蒸餾水將殘渣洗淨後，在110℃加熱乾燥而得到作為評價用試樣之保持有鐵三價鹽的鈰離子摻雜氧化鈦。
將該保持有鐵三價鹽之Fe(III)保持鈰離子摻雜氧化鈦，進行電感耦合電漿發光分析、原子吸光分析時，Fe(III)係被保持0.02質量%(vs. TiO2
)。
(比較例1)
將銳鈦型氧化鈦(「ST-01」、石原產業(股))作為評價用試樣。
(比較例2)
藉由將銳鈦型氧化鈦(「ST-01」、石原產業(股))，在氨氣流中(1SCCM)，於550℃退火3小時而得到作為評價用試樣之氮摻雜氧化鈦。
(性能評價)
對如此地利用實施例1～2、比較例1～2所得到的評價試樣，在可見光照射下，將2-丙醇(IPA)被氣相氧化分解的結果所產生的丙酮及CO2
濃度，藉由定量分析來評價光觸媒活性。以下表示其詳細。
首先，將300毫克評價用試樣，在內徑為26.5毫米的玻璃皿(面積為5.51平方公分)內均勻地展開，並將其密封於容量為500毫升的石英製容器。隨後，將容器內取代為合成空氣後，照射Xe燈全光(Luminar Ace 251、林時計工業公司製)，而對評價用試樣的表面進行殘留有機物的分解。確認從殘留有機物未產生CO2
後，再次使用合成空氣取代容器內。
另一方面，對IPA流通乾燥氮體並將反應IPA氣體作成IPA蒸氣而收集在鋁箔包(tetra pack)。然後，將所收集的IPA蒸氣以300ppmv(6.1μmol)相當分量，導入至已被合成空氣取代後的容器中。隨後將該容器靜置在暗處，觀測所導入的IPA在表面吸附之過程10小時以上，並確認吸附平衡。確認吸附平衡後，將Xe燈作為光源，使用玻璃濾光器(「L-42」，「B-47」，「C-40C」、旭Techno Glass(股))而將照射光波長區域限制在400～530奈米，且從容器的上方照射。而且，每一定照射時間，便將容器內的氣體取樣，並藉由氫火焰離子法氣體層析儀(「GC-8A」、島津製作所(股))來定量IPA及分解生成物亦即丙酮及CO2
。但是，CO2
係透過使用氫流通下的金屬Ni觸媒來進行甲烷化處理之甲烷化器(「MT-N」、島津製作所(股))來作定量。照射光係使用分光放射照度計(「USR-30V」、USHIO電機(股))來測定每波長之入射光強度，且以照射強度成為1.00×103
mWcm-2
的方式來進行調整。又，利用吸收比率(1-reflctance；1-反射率)(吸收比率係使用各評價用試樣的擴散反射光譜而求得)與照射面積(玻璃皿面積為5.51平方公分)的乘積，來求取每單位時間被吸收的光子數(吸收光子數)。又，藉由最小平方法來求取CO2
生成速度，並依照下式來求取量子收率QE。
QE=6×CO2
生成速度/吸收光子數
第2圖係顯示在實施例1的Cu(III)保持鈰離子摻雜氧化鈦的IPA分解結果之一個例子。又，將實施例1～2及比較例1～2的評價結果，以QE的值顯示在表1。又，比較例1的「N. D.」係表示小於檢出界限。
觀察第2圖，能夠確認在實施例1中，伴隨著丙酮的生成、丙酮的減少之CO2
的生成增加，能夠確認具有可見光活性。又，觀察表1，能夠確認在實施例1、2，其量子收率QE高而光利用效率提升。
第1圖係顯示紫外線可見擴散反射光譜之圖表。
第2圖係顯示在實施例1中的IPA分解結果之圖表。
Claims (17)
- 一種具有可見光活性的光觸媒材料，其特徵在於：對氧化鈦摻雜金屬離子，並在將價電子帶的電位設為3V(vs.SHE,pH=0)以上且將價電子帶與由價電子帶所激發後的電子的位準(包含傳導帶下端電位、孤立電位)之能帶隙(band gap)設為3V以下而成之金屬離子摻雜氧化鈦的表面，保持銅二價鹽及/或鐵三價鹽而構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其係對氧化鈦摻雜金屬離子，並在使傳導帶下端電位移動至正電位側或在傳導帶下端電位的正電位側形成孤立位準而成之金屬離子摻雜氧化鈦的表面，保持銅二價鹽及/或鐵三價鹽而構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中在金屬離子摻雜氧化鈦的表面所保持的銅二價鹽及/或鐵三價鹽之保持量，係相對於金屬離子摻雜氧化鈦，銅元素及/或鐵元素的質量比率為0.0001~1%。
- 如申請專利範圍第2項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中在金屬離子摻雜氧化鈦的表面所保持的銅二價鹽及/或鐵三價鹽之保持量，係相對於金屬離子摻雜氧化鈦，銅元素及/或鐵元素的質量比率為0.0001~1%。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中在移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所 形成的孤立位準之電位為0V(vs.SHE,pH=0)以上、0.8V(vs.SHE,pH=0)以下。
- 如申請專利範圍第2項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中在移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準之電位為0V(vs.SHE,pH=0)以上、0.8V(vs.SHE,pH=0)以下。
- 如申請專利範圍第3項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中在移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準之電位為0V(vs.SHE,pH=0)以上、0.8V(vs.SHE,pH=0)以下。
- 如申請專利範圍第4項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中在移動至金屬離子摻雜氧化鈦的正電位側後之傳導帶下端電位或在傳導帶下端電位的正電位側所形成的孤立位準之電位為0V(vs.SHE,pH=0)以上、0.8V(vs.SHE,pH=0)以下。
- 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，其中銅二價鹽及/或鐵三價鹽的陰離子係氫氧離子。
- 一種有機物分解方法，其特徵在於：對如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之具有可 見光活性的光觸媒材料，照射可見光而將有機物分解。
- 一種內裝構件，其特徵在於：在表層含有如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之具有可見光活性的光觸媒材料。
- 一種空氣清淨裝置，其特徵在於：使用如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之具有可見光活性的光觸媒材料而形成。
- 一種氧化劑製造裝置，其特徵在於：使用如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之具有可見光活性的光觸媒材料而形成。
- 一種有機物分解方法，其特徵在於：對如申請專利範圍第9項所述之具有可見光活性的光觸媒材料，照射可見光而將有機物分解。
- 一種內裝構件，其特徵在於：在表層含有如申請專利範圍第9項所述之具有可見光活性的光觸媒材料。
- 一種空氣清淨裝置，其特徵在於：使用如申請專利範圍第9項所述之具有可見光活性的光觸媒材料而形成。
- 一種氧化劑製造裝置，其特徵在於： 使用如申請專利範圍第9項所述之具有可見光活性的光觸媒材料而形成。
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