光催化劑的制備方法及由此制備的光催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光催化劑及由此制備的光催化劑。
【背景技術(shù)】
[0002] Ti〇2作為代表性的光催化物質(zhì)，是耐久性優(yōu)秀、耐磨性優(yōu)秀、安全無(wú)毒的物質(zhì)，具 有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于帶隙能量大，只能吸收紫外線以下的光，因而在適用于非外 飾材料的室內(nèi)材料方面受到限制。
[0003] 基于這種層面，以用于室內(nèi)為目的，對(duì)能夠吸收可見(jiàn)光的對(duì)可見(jiàn)光具有光學(xué)活性 的催化劑進(jìn)行了很多研究。但是，在許多研究事例中很難找到一貫的傾向，尤其，很難找到 在實(shí)際居住條件下性能得到驗(yàn)證的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題
[0005] 本發(fā)明的一實(shí)例的目的在于，提供在室內(nèi)光源下也具有優(yōu)秀效率的可見(jiàn)光回應(yīng)型 光催化劑的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的另一實(shí)例的目的在于，提供借助制備上述光催化劑的方法制備而成的光 催化劑。
[0007] 解決問(wèn)題的手段
[0008] 本發(fā)明的一實(shí)例提供光催化劑的制備方法，上述光催化劑的制備方法包括如下步 驟:根據(jù)溶膠-凝膠法，使由第一金屬氧化物形成的多孔性第一金屬氧化物膜成膜的步驟； 對(duì)上述多孔性第一金屬氧化物膜進(jìn)行熱處理，來(lái)使上述第一金屬氧化物結(jié)晶化的步驟;將 上述多孔性第一金屬氧化物膜浸漬于第二金屬的前驅(qū)體溶液之后進(jìn)行光照射，使上述第二 金屬的離子滲透于上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙的步驟；以及將在內(nèi)部空隙含 有上述第二金屬的離子的上述多孔性第一金屬氧化物膜浸漬于酒精溶液之后進(jìn)行光照射， 使上述第二金屬的離子還原，而在上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙形成上述第二 金屬的粒子的步驟。
[0009] 在上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙形成的第二金屬的粒子的平均直徑 分別可以為約Inm至約IOnm0
[0010] 包含在上述第一金屬氧化物膜的第一金屬氧化物可以包含選自氧化鈦、氧化鎢、 氧化鋅、氧化鈮及它們的組合中的至少一種。
[0011] 上述第二金屬可以包含選自媽、鉻、釩、鉬、銅、鐵、鈷、錳、鎳、鉑、金、鈰、鎘、鋅、鎂、 鈣、鍶、鋇、鐳及它們的組合中的至少一種金屬。
[0012]上述光催化劑中，上述第二金屬的粒子與上述多孔性第一金屬氧化物膜的重量比 可以為約0.1:99.9至約1:99。
[0013] 上述光催化劑可以對(duì)約380nm至約780nm波長(zhǎng)范圍的可見(jiàn)光具有光學(xué)活性。
[0014]上述多孔性第一金屬氧化物膜的成膜厚度可以為約30nm至約IOOnm0
[0015] 上述光照射可以為紫外線(UV)照射。
[0016] 本發(fā)明的一實(shí)例提供光催化劑，根據(jù)上述光催化劑的制備方法制備而成，上述光 催化劑包括:多孔性第一金屬氧化物膜；以及形成于上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部 空隙的上述第二金屬的粒子。
[0017] 上述光催化劑可以適用于空氣凈化、除臭或者抗菌用途。
[0018] 發(fā)明的效果
[0019] 上述光催化劑對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行響應(yīng)，并具有優(yōu)秀的光催化效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為在實(shí)施例1中制備的光催化劑的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0021] 圖2為在比較例1中制備的光催化劑的掃描電子顯微鏡圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但這僅僅是例示性的，本發(fā)明并不局限于 此，本發(fā)明僅根據(jù)所附的權(quán)利要求的范疇而定義。
[0023]本發(fā)明的一實(shí)例提供光催化劑的制備方法，上述光催化劑的制備方法包括如下步 驟：
[0024] 根據(jù)溶膠-凝膠法，使由第一金屬氧化物形成的多孔性第一金屬氧化物膜成膜的 步驟;對(duì)上述多孔性第一金屬氧化物膜進(jìn)行熱處理，來(lái)使上述第一金屬氧化物結(jié)晶化的步 驟；
[0025] 將上述多孔性第一金屬氧化物膜浸漬于第二金屬的前驅(qū)體溶液之后進(jìn)行光照射， 使上述第二金屬的離子滲透于上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙的步驟;以及
[0026] 將在內(nèi)部空隙含有上述第二金屬的離子的上述多孔性第一金屬氧化物膜浸漬于 酒精溶液之后進(jìn)行光照射，使上述第二金屬的離子還原，而在上述多孔性第一金屬氧化物 膜的內(nèi)部空隙形成上述第二金屬的粒子的步驟。
[0027] 根據(jù)上述光催化劑的制備方法制備而成的光催化劑包括:多孔性第一金屬氧化物 膜;以及形成于上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙的上述第二金屬的粒子。
[0028] 形成上述多孔性第一金屬氧化物膜的第一金屬氧化物可無(wú)限制地使用作為可用 作光催化劑的金屬氧化物而公知的物質(zhì)。上述第二金屬的粒子可無(wú)限制地使用對(duì)可見(jiàn)光具 有光學(xué)活性的金屬，具體地，例如，上述第二金屬可以為過(guò)渡金屬、貴金屬等。
[0029] 以在第一金屬氧化物摻雜上述第二金屬的粒子的方式通過(guò)上述光催化劑的制備 方法形成的上述光催化劑可具有對(duì)可見(jiàn)光的光學(xué)活性。
[0030] 如上所述，由于上述光催化劑包含對(duì)可見(jiàn)光具有光學(xué)活性的第二金屬的粒子，因 此，不僅可以對(duì)紫外線具有活性，還可以對(duì)可見(jiàn)光具有活性，且可以在可見(jiàn)光的全部范圍內(nèi) 吸收光。例如，上述光催化劑可對(duì)380nm至780nm波長(zhǎng)范圍的可見(jiàn)光具有光學(xué)活性，具體地， 可對(duì)約400nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光顯示出約20%的吸亮度，可對(duì)約500nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光顯示出約 10%的吸亮度。
[0031] 上述光催化劑是從通過(guò)吸收光來(lái)得到的能量中生成的電子與空穴生成過(guò)氧化物 負(fù)離子或者羥自由基等，從而可以起到空氣凈化、除臭、抗菌作用的物質(zhì)。例如，由上述光催 化劑生成的過(guò)氧化物負(fù)離子或者羥自由基可分解如甲醛等對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。另一方面， 由于上述光催化劑對(duì)可視光具有高吸收率，在室內(nèi)光源下也表現(xiàn)出優(yōu)秀的效率，因而不需 要額外的紫外線供給裝置。
[0032] 根據(jù)上述光催化劑的制備方法，上述第二金屬的粒子能夠均勻地?fù)诫s在上述多孔 性第一金屬氧化物膜的空隙內(nèi)部。
[0033] 由于上述光催化劑的制備方法中在使上述第二金屬的離子還原并形成粒子時(shí)不 進(jìn)行熱處理，因此，可形成為更小的粒徑的粒子狀態(tài)，并且均勻地分散并分布于上述多孔性 第一金屬氧化物膜的空隙內(nèi)部的表面。
[0034] 上述第二金屬的粒子及上述第二金屬氧化物的粒子的平均直徑可以為約Inm至約 IOnm，具體地，可以為約Inm至約5nm。上述第二金屬的粒子及上述第二金屬氧化物的粒子可 根據(jù)上述光催化劑的制備方法，以粒度分布均勻的納米大小形成。上述光催化劑通過(guò)在上 述第一金屬氧化物膜整體以上述范圍均勻地包含上述第二金屬的粒子與上述第二金屬氧 化物的粒子，可更加提高對(duì)可見(jiàn)光的活性效率。
[0035] 并且，根據(jù)上述光催化劑的制備方法，可均勻地分散并分布于整個(gè)上述多孔性第 一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙中。如上所述，上述光催化劑通過(guò)使上述第二金屬的粒子及上 述第二金屬氧化物的粒子均勻地分散并分布于整個(gè)上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部， 由此能夠進(jìn)而提高上述光催化劑的對(duì)可見(jiàn)光的活性效率。
[0036] 上述光催化劑中，上述第二金屬的粒子及第二金屬氧化物的粒子的重量的總和與 上述多孔性第一金屬氧化物膜的重量比可以為約〇. 1:99.9至約1:99。
[0037] 上述多孔性第一金屬氧化物膜的厚度可以為約30nm至約100nm。
[0038] 上述第二金屬可包含選自鎢、鉻、釩、鉬、銅、鐵、鈷、錳、鎳、鉑、金、鈰、鎘、鋅、鎂、 鈣、鍶、鋇、鐳及它們的組合中的至少一種金屬。
[0039] 為了使上述多孔性第一金屬氧化物膜成膜，例如，可在基板上形成上述多孔性第 一金屬氧化物膜，例如，上述基板可使用玻璃基板。
[0040] 在一實(shí)例中，上述多孔性第一金屬氧化物膜可通過(guò)利用第一金屬氧化物前驅(qū)體的 溶膠-凝膠法在基板上成膜。具體地，可在以溶膠形態(tài)涂敷包含第一金屬氧化物前驅(qū)體的溶 液之后，進(jìn)行干燥并以凝膠狀進(jìn)行成膜，之后可通過(guò)熱處理步驟來(lái)形成具有結(jié)晶性的膜。
[0041] 在一實(shí)例中，可準(zhǔn)備包含如金屬醇鹽等的上述第一金屬氧化物前驅(qū)體、乙醇、酸等 的溶液后進(jìn)行水解，并通過(guò)脫水、脫乙醇得到溶膠狀態(tài)后涂敷于平板型基板。上述溶膠-凝 膠法可根據(jù)公知的工序條件來(lái)執(zhí)行，且并局限于特定的條件。
[0042]在使上述多孔性第一金屬氧化物膜成膜之后，進(jìn)行熱處理，來(lái)使上述第一金屬氧 化物結(jié)晶化，從而能夠賦予光學(xué)活性。
[0043] 例如，上述熱處理可以在約500至約700 °C的條件下執(zhí)行，并可以執(zhí)行約5分鐘至約 15分鐘。以上述范圍執(zhí)行熱處理，使得第一金屬氧化物膜的第一金屬氧化物結(jié)晶化以具有 光催化反應(yīng)性，并且防止出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象，由此能夠以表面積不縮小的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0044] 將通過(guò)如上所述的方法成膜而形成的多孔性第一金屬氧化物膜浸漬于第二金屬 的前驅(qū)體溶液中，使上述第二金屬的前驅(qū)體溶液均勻地滲透于上述多孔性第一金屬氧化物 膜的空隙內(nèi)部。
[0045] 上述第二金屬前驅(qū)體溶液為包含第二金屬的離子的溶液，可將上述多孔性第一金 屬氧化物膜浸漬于上述第二金屬前驅(qū)體溶液中，來(lái)使上述第二金屬的離子滲透于上述多孔 性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙，并重新光照射，使得上述第二金屬的離子能夠與上述多 孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙表面相結(jié)合。例如，上述光照射可通過(guò)紫外線照射執(zhí)行。
[0046] 結(jié)合的上述第二金屬的離子在之后的步驟中重新被還原，并作為第二金屬的粒子 形成于上述多孔性第一金屬氧化物膜的內(nèi)部空隙表面。
[0047] 為了使結(jié)合的上述第二金屬的離子還原，將在內(nèi)部空隙含有上述第二金屬的離子 的上述多孔性第一金屬氧化物膜浸漬于酒精溶液之后進(jìn)行光照射。例如，上述光照射可通 過(guò)紫外線照射執(zhí)行。
[0048] 例如，上述酒精溶液可使用甲醇、乙醇等。
[0049] 若將在內(nèi)部空隙含有上述第二金屬的離子的上述多孔性第一金屬氧化