[发明专利]紫外活化光催化材料，它们在挥发性化合物分解中的应用

说明书

本文描述了包含第一n型半导体和第二n型半导体的混合物的非均相材料。所述第一n型半导体可以是单相或多相TiO₂材料。所述第二n型半导体包含金属钛酸盐和/或贵金属。在用紫外光活化后，本文所描述的光催化材料混合物有效地分解挥发性化合物。此外，相对于已知的半导体材料，本文公开的光催化材料显然对通过沉积失活更稳定。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年6月27日提交的美国临时申请序列号62/690,777和2018年8月30日提交的美国临时申请序列号62/725,104的权益，所述申请均通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开描述了可用于紫外活化光催化应用的非均相n型半导体材料。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)和其它钛基半导体具有光催化性质。活化这些材料所需的能量通常在电磁波谱的紫外区域。紫外活化的光催化材料，如K₂Ti₄O₉，可以具有比挥发性有机化合物(VOC)更高的氧化还原电位。因此，活化的光催化剂能够使VOC(例如甲苯)氧化分解成CO₂和H₂O。据信这是由于与VOC材料相比光催化材料的带隙更宽和/或价带位置更深。然而，许多钛基光催化材料没有显示出完全氧化分解VOC所需的光催化活性水平。此外，许多钛基光催化剂具有在光催化过程中表面碳化的缺点，据信这是造成钛基光催化剂失活的原因。由于这些缺点，这些材料尚未被广泛研究用于在空气处理中去除痕量的VOC。

需要改进的光催化剂用于分解挥发性有机化合物。还需要具有改善的耐久性的光催化材料。

发明概述

本公开涉及光催化材料，其包含第一n型半导体和第二n型半导体的混合物。在一些实施方式中，第一n型半导体可以是多相n型半导体。多相n型半导体可包含锐钛矿相和金红石相n型半导体。在一些实施方式中，多相n型半导体可以是83％的锐钛矿相TiO₂和17％的金红石相TiO₂，例如P25(Evonik)。在一些实施方式中，单相n型半导体可以是锐钛矿相n型半导体，例如ST-01。一些实施方式包括第二n型半导体，其包含混合的钛酸盐，具有式K₂Ti_nO_(2n+1)，其中n＝2、4、6或8。在一些实施方式中，第一n型半导体和第二n型半导体以第一n型半导体占约40wt％至约60wt％和第二n型半导体占约60wt％至约40wt％的重量比存在。在一些实施方式中，半导体可以是离散颗粒的物理混合物。在一些实施方式中，光催化材料可进一步包含贵金属。在一些实施方式中，第二n型半导体掺杂有贵金属。在一些实施方式中，贵金属可以是铑、钌、钯、银、锇、铂或金。在一些实施方式中，贵金属的重量比可为约0.001wt％至约1.0wt％。

两种n型半导体的混合物可具有比TiO₂本身更深的价带，其中半导体处于物理或化学接触中以使彼此电荷载体连通(communication)。这些半导体材料可用于增强光催化材料的紫外活性和/或改善耐久性(即，随时间的推移保持光催化活性)。光催化材料可用于具有和/或增强抗菌(光和暗)活性、抗病毒活性、挥发性有机化合物(VOC)的分解和/或水溶液中的染料变色。

一些这样的光催化材料包括：(a)第一n型半导体，和(b)第二n型半导体，其中第一n型半导体占光催化材料的约40wt％至60wt％，第二n型半导体占光催化材料的约60wt％至40wt％，使得第一n型半导体和第二n型半导体总计为约100wt％的光催化材料。

一些实施方式包括利用本公开的光催化半导体分解挥发性化学化合物或VOC的方法，该光催化半导体可以用紫外线辐射源活化。在一些实施方式中，相对于本领域已知的半导体，本文所述的光催化剂具有改善的性能和/或改善的稳定性。

附图说明