[发明专利]可见光响应型光催化剂体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及由钛或钛合金构成的、通过对薄的基材实施阳极氧化处理和加热处理而得到的光催化剂体，特别是涉及对于可见光具有光催化活性的光催化剂体及其制造方法。

背景技术

氧化钛(TiO₂)，特别是具备锐钛矿型的结晶结构的氧化钛，若照射紫外线(紫外光)等特定波长的光，则发挥光催化活性(活性氧的生成和超亲水性的光催化功能)，因此以抗菌(杀菌)、防臭、防污染、防雾等为目的，一直以来被应用于各种构件(基材)中。

作为对于各种构件使光催化活性发挥的方法，历来进行的是如下方法：使具有光催化活性的氧化钛微粉溶解于溶剂，将由此而成的含氧化钛溶液涂布于基材的表面，形成含有氧化钛的涂布膜的方法(涂料型光催化剂)；对于由钛或钛合金构成的基材实施阳极氧化处理，在该基材上形成具有光催化活性的氧化皮膜之后，将该基材加热至规定温度，从而提高其表面的光催化活性的方法(阳极氧化型光催化剂)。

上述的涂料型光催化剂，能够对于各种基材，容易且廉价地使光催化活性发挥，因此得到广泛地实用化。但是，在基材上形成具有光催化活性的涂布膜时，因为基材与该涂布膜粘附力低，所以基材能够发挥光催化活性的寿命变短。因此存在这样一个大问题，即，为了使该基材维持光催化活性，就产生出要对该基材再涂布具有光催化活性的涂布膜的需要。此外，因为是使具有光催化活性的微粉分散在溶剂中，所以凝固的溶剂中光催化活性受到阻碍，有其活性降低这样的问题。

另一方面，在上述的阳极氧化型光催化及其制造技术中，若使基材为钛或钛合金制，则基材与发挥光催化活性的氧化钛皮膜的粘附力高，此外光催化活性的耐久性及其稳定性高，钛自身也是无害的金属，因此近年来，对于各种的钛或钛合金制的基材，阳极氧化型光催化剂的应用回升。

历来，氧化钛对于波长为380nm左右以下的紫外光，发挥了其光催化活性(紫外光响应型)。但是，因为太阳光所包含的紫外光的比例为数％，所以通过以后的研究开发，带隙小的氧化钛光催化剂得到开发，即，即使对于可见光区域的光(波长380～800nm)，也可发挥光催化活性的可见光响应型的各种氧化钛型光催化剂体。所谓可见光响应型的氧化钛型光催化剂，表示对于波长比380nm长的可见光，例如，对于太阳光、白色荧光灯的光等发挥光催化活性的氧化钛型光催化剂体。

关于得到可见光响应型的氧化钛型光催化剂体的方法，提出有使氧化钛皮膜中含有氮，或使氧化钛皮膜中含有硫、碳、氟等。例如，使氧化钛皮膜中含有硫的可见光响应型的氧化钛所构成的光催化剂的相关技术，由下述的专利文献1～2和非专利文献1提出。

在专利文献1(日本特开2010-29838号公报)中，公开有一种方法，其是在由钛或钛合金构成的金属基材的表面形成掺杂有硫的光催化活性优异的金红石型二氧化钛的方法。专利文献1所述的金红石型二氧化钛，通过如下方式制造，即对于钛或钛合金所构成的基材的表面，外加电压而在2.6重量％～14.1重量％(通常应该是质量％，但这是专利文献1的表述状态)的浓度的硫酸水溶液中，以100V以上的电压实施2分钟以上阳极氧化处理后，以400℃～1000℃实施1小时以上热处理。这样的金红石型二氧化钛，在二氧化钛中含有200ppm(0.02％)～4000ppm(0.4％)的硫，具有可见光响应性。在专利文献1中还记述，将金属基材预先加工成板状和箔等或适合目的使用形态的希望的形状。

在专利文献2(日本特开2011-120998号公报)中，公开有一种可见光响应型的金红石型二氧化钛光催化剂。专利文献2所述的金红石型二氧化钛光催化剂，通过如下方式取得，即，对于由钛或钛合金构成的金属基材实施氮化处理，对于该经过氮化处理的基材进行阳极氧化处理，对于实施阳极氧化而制作的膜实施热处理而得到。该阳极氧化处理在0.02～1.6mol/L的硫酸浓度的硫酸水溶液中，外加100～300V的电位，在约10～约60分钟的范围之间实施。这样的金红石型二氧化钛光催化剂掺杂有氮和硫，在可见光区域显示出高光催化活性。金属基材与专利文献1同样，预先加工成板状和箔等或适合目的使用形态的希望的形状之后，再进行阳极氧化处理。