[发明专利]氧化钛类光催化剂及其制造方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及不仅通过紫外线，而且通过可视光的照射能够发挥光催化剂作用的氧化钛类光催化剂及其制造方法和用途。

背景技术

近年来，氧化钛显示的光催化剂作用，被应用到防臭、抗菌、防污等各种环境净化技术中。作为光催化剂，一般采用的锐钛型氧化钛的能带隙大约为3.2eV，受到较大约380nm波长更短波长的紫外线照射时发生反应。因此，其光催化剂活性的出现需要有紫外线的照射，存在设置环境、用途等受到限制的问题。

作为光催化剂的能源，如果可以利用存在于太阳光和室内光中的很多的可视光的话，其反应活性得到强化，使在各种场合下利用光催化剂成为可能。因此，一直进行关于通过可视光的照射而表现出光催化剂活性的材料的开发工作。

具有可视光活性的光催化剂如下所述：

(1)使氧化钛中含有氮的氮型(例如：Chem.Phys.Lett123(1986)126-128、日本化学会志、1986(8)，p.1084、以及WO01/010552)；

(2)向氧化钛中导入氧缺陷的氧缺陷型(例如：特开2001-205103号公报)；

(3)使氧化钛中含有其他金属(离子)，或使其与金属氧化物组合后的金属掺杂型。

作为金属掺杂型(3)的例子，提出了如下所述的多种方案。

例如在特开平9-262482号公报中，公开了一种离子注入钒或铬的氧化钛。

在Chem.Commun.2001，2718-2719中，报告有含有V、Cr、Nb、Mo等的迁移金属类的、具有可视光活性的氧化钛。

在特开2004-43282号公报中，公开有混合各种金属氧化物和钛化合物的氧化钛的制造方法。

在特开2004-275999号公报中，公开有含有从Si、Ti、V、Sn、Sb、W、Nb、Bi、P、Mo、Cs、Ge、As、Ce等中选出的金属化合物的氧化钛。

在J.Mat.Sci.Lett.21，2002，1655-1656中，有关于通过含有铋而增进氧化钛类光催化剂活性和使吸收光谱长波长化的报告。

所述的具有可视光应答性的氧化钛类光催化剂，氮型、氧缺陷型、金属掺杂型的任何一种在可视光照射下的活性都不高。另外，制造它们时多需要离子注入装置和溅射装置，因此还存在不适于量产的问题。特别是金属掺杂型的氧化钛类光催化剂，虽然具有可视光活性，但有时会丧失原本氧化钛具有的优良的紫外线活性，在室外等紫外线充足的环境下，可知其整体的光催化剂作用下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在保持原本的紫外线活性的同时，可以表现出优良的可视光光催化剂活性的氧化钛类光催化剂，以及适于量产的氧化钛类光催化剂的制造方法。

本发明基于下述(1)～(3)的见解而完成。

(1)使氧化钛中以适当的范围含有从作为第1追加金属成分的铋、作为第2追加金属成分的硅、锆、铝以及铪中选出的至少一种的金属而成的钛类复合氧化物，成为具有显著提高了的可视光活性的光催化剂。此外，所述的铋及第2追加金属，均表示金属元素，在光催化剂中以其金属化合物的方式存在。此外，在本说明书中，金属的化合物是指包含元素状金属(单体金属)的化合物。

(2)该氧化钛类光催化剂，在显示作为特征的XPS图案时，其可视光光催化剂活性变得更加显著。

(3)通过清洗等方法，对光催化剂的前驱体物质中的氮含量进行控制，一并对烧成条件进行调整，如此可以进一步提高光催化剂活性。

在一个侧面中，本发明的氧化钛类光催化剂，其特征在于，由氧化钛构成，该氧化钛具有作为第1金属追加成分的铋，作为第2金属追加成分的、从硅、锆、铝以及铪中选出的至少一种的金属元素。如上所述，该铋以及该至少一种的金属元素，可以以包含元素状金属的、该金属的化合物的形态存在于光催化剂中。

本发明的氧化钛类光催化剂的优选方式包含下述内容：

·第2追加金属成分为硅。

·第1追加金属成分铋相对于钛的金属原子比α(α＝Bi/Ti)为0.0001以上、1.0以下。

·第2追加金属成分相对于钛的金属原子比β(β＝第2追加金属成分金属/Ti)为0.0001以上、0.8以下。

·氧化钛还含有0.0005wt％以上、1.0wt％以下的氮。

本发明的氧化钛类光催化剂，可以通过包含下述工序(a)～(c)的方法制成(其中，工序(a)和工序(b)哪一个在前均可，也可以同时进行)：