[发明专利]细粒状二氧化钛及其制造方法和用途

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是依据35U.S.C.§111(a)提交的申请，其依据35U.S.C.§119(e)(1)要求2005年3月8日依据35U.S.C.§111(b)提交的临时申请No.60/659,100的提交日权益。本申请还依据35U.S.C.§119(b)要求基于2005年2月28日提交的日本专利申请No.2005-054,666的优先权，其公开的内容经此引用并入本文。

技术领域

本发明涉及超细粒状二氧化钛，其可用作例如光催化剂、太阳能电池或硅橡胶的添加剂或用作介电材料，还涉及其制造方法和用途。

背景技术

超细粒状二氧化钛已应用于多种领域，例如作为紫外线屏蔽材料或硅橡胶的添加剂，或作为介电原料或化妆品材料(术语“氧化钛”作为通用名广泛使用，因此在本发明中，简称为氧化钛的所有二氧化钛都统称为“二氧化钛”或“氧化钛”)。二氧化钛也被用作光催化剂、太阳能电池等。

至于二氧化钛的晶形，可以得到三种类型，金红石、锐钛矿和板钛矿，其中，锐钛矿和板钛矿二氧化钛与金红石二氧化钛相比具有优异的光电化学活性，并被用在光催化剂或太阳能电池中。

二氧化钛的光催化活性被用于有机材料的分解，例如在抗微生物砖瓦、自洁型建筑材料和除臭纤维中，其机制被认为如下。二氧化钛吸收紫外线，在其内部产生电子和空穴。空穴与二氧化钛吸附的水反应，产生羟基自由基，并通过该基团的作用使吸附在二氧化钛粒子表面上的有机材料分解成碳酸气体或水(Akira Fujishima，Kazuhito Hashimoto和ToshiyaWatanabe，Hikari Clean Kakumei(光清洁革命)，第143-145页，CMS(1997))。也就是说，具有强的光催化活性的二氧化钛所需的条件是容易产生空穴并使空穴容易到达二氧化钛表面。在Kazuhito Hashimoto和Akira Fuiishima(编辑者)，Sannka Titan Kikari Shokubai no Subete(氧化钛光催化剂综述)，第29-30页，CMC(1998)中，描述了锐钛矿二氧化钛、具有少量晶格缺陷的二氧化钛、和具有小粒度并具有大比表面积的二氧化钛作为具有高的光催化活性的二氧化钛。

关于用于太阳能电池的应用，EPEL-Lausanne的Graetzel等人在1991年报道了包含二氧化钛与钌基染料的组合的染料敏化太阳能电池，自该发现以来，已经对其进行了研究(M.Graetzer，Nature，353，737(1991))。在染料敏化太阳能电池中，二氧化钛起到染料载体以及n-型半导体的作用，并充当与导电玻璃电极相连的染料电极。染料敏化太阳能电池具有下述结构——电解层插在染料电极和对电极之间，其中染料吸收光并由此产生电子和空穴。生成的电子穿透二氧化钛层，透过导电玻璃电极并被带到外部。另一方面，生成的空穴透过电解层转移到对电极，并与透过导电玻璃电极供应的电子结合。提升染料敏化太阳能电池特性的因素之一是二氧化钛和染料容易合并。至于容易与染料合并的二氧化钛的晶形，例如，JP-A-10-255863描述了锐钛矿型的使用，JP-A-2000-340269指出板钛矿型适用于染料敏化太阳能电池。

为了发挥二氧化钛的作用，良好的分散性是重要的。例如，当使用二氧化钛作为光催化剂时，如果分散性差，就会强化覆盖性且可用的用途受到限制。具有差的分散性的二氧化钛透过较少的光，因此，在太阳能电池领域中，有助于光吸收的二氧化钛同样受限且光电转化效率降低。一般认为，当粒径为可见光波长的大约一半时，光散射(覆盖能力)变得最大，且随着粒度变小，光散射变弱(Manabu Kiyono，Sannka Titan(氧化钛)，第129页，Gihodo(1991))。上述领域中使用的二氧化钛的初级粒径在多数情况下为数纳米至数十纳米，因此，只要分散性良好，对光散射的影响就小。如果二氧化钛具有差的分散性，并产生具有大粒径的聚集粒子，就会增强光散射。

发明概要

例如，当介电材料是钛酸钡时，作为代表性合成方法的固相法或溶胶-凝胶法中所用的原料是二氧化钛。这种方法中的反应据说通过钡源向二氧化钛粒子迁移来进行，但是如果二氧化钛的初级粒径不均匀，反应时间会随粒径大小而变，所得钛酸钡也会在粒径或质量方面变得不均匀。