米乐m6官方网站 开发适用于室内照明的可见光响应型氧化钨光催化剂

独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长吉川博之]（以下简称“AIST”）能源技术研究部[研究部主任长谷川博夫]太阳能转换小组研究小组组长杉原英树、高级研究员狭山一宏、日本产业技术研究院特别研究员新井武雄等人在可见光和低紫外线荧光灯等各种照明条件下进行工作，例如室内和车内挥发性有机化合物 (VOC)完全氧化分解足够的活动可见光响应能力氧化钨 (WO₃）光触媒完全氧化分解是有机物完全氧化产生二氧化碳（CO₂）和水使其无害。除了甲醛、乙醛、甲酸、乙酸等VOC以外，我们还成功地完全氧化分解了已知难以分解的甲苯等芳香族化合物。

　这种光触媒是WO₃用于半导体光催化剂的优异钯 (Pd) 和铜 (Cu) 化合物助催化剂助催化剂细颗粒粉末WO₃只需与粉末揉捏即可显着提高活性。当比较可见光照射下乙醛的分解时，氧化钛（TiO₂) 与光催化剂相比添加 Pd 助催化剂的 WO₃基光催化剂的氧化分解活性提高了7倍以上。

　它可用于多种用途，例如分解油漆、粘合剂和建筑材料中释放的有机溶剂和引起病房综合症的物质，分解恶臭物质，并将其应用于紫外线较少的室内和汽车等空气净化器。

　该技术的详细内容将于2008年7月16日在东京大学（驹场）举行的第八届光催化剂研究会议上公布。

照片：玻璃基板上涂覆的氧化钨光催化剂

目前，二氧化钛₂光触媒已在各个领域投入实际应用。例如，其应用范围正在扩大到利用其分解有害物质的能力的空气净化器、空调、百叶窗和壁纸，以及具有防污功能的外墙材料和窗玻璃、具有防雾功能的汽车门镜、具有抗菌功能的医院瓷砖以及利用超亲水特性的外墙冷却技术。然而，TiO₂缺点是只能吸收和利用紫外线。

　阳光中仅含有3%（能量当量）的紫外线，荧光灯和白炽灯泡发出的光仅含有少量紫外线。现代住宅窗玻璃（安全玻璃和生态玻璃）和汽车挡风玻璃也阻挡了大部分紫外线。因此，人们希望开发出即使在紫外线很少的室内或汽车环境中也能利用可见光有效工作的光催化剂，并且能够分解和去除导致病态建筑综合症和化学敏感性的有机物质、各种挥发性有机化合物和恶臭物质。

　AIST一直在开发可见光响应型光催化剂，通过光分解水来产生氢气，并拥有开发世界上第一个利用可见光将水完全分解为氢气和氧气的光催化系统的记录。2001 年 12 月 6 日新闻公告）。本系统还支持白金WO₃WO用于水分解，如使用半导体光催化剂₃已使用半导体，但WO用于分解有害物质₃的示例很少。那是WO₃这是因为单独使用时，活性微弱，不能完全氧化分解。然而，WO₃它具有许多优点，包括能够吸收波长高达460 nm的可见光，我们一直在进行研究，相信如果我们利用这些优点，我们可以在实用水平上实现有害物质的完全氧化分解。

　这项研究是新能源产业技术综合开发机构（NEDO）独立管理机构“构建循环型社会的光催化剂产业创建项目”（2007年启动）的一部分，与东京大学合作的结果。

　WO₃当我们研究在粉末中添加（负载）各种助催化剂的光催化剂的完全氧化活性时，只有铂（Pt）、钯（Pd）和铜（Cu）的化合物提高了有机物的氧化分解活性。由于 Pt 非常昂贵，我们研究了更便宜的 Pd 和 Cu 促进剂以供实际使用。图1展示了新开发的WO₃它是光催化剂粉末，但促进剂是使用WO的砂浆中的Pd或氧化铜（CuO）细颗粒粉末₃只需将其与粉末捏合即可生产。

图1：(a) Pd-WO3光触媒粉末

(b)CuO-WO3光触媒粉末

图2为可见光照射各种光催化剂分解乙醛时完全氧化生成的CO₂显示数量变化。请注意，乙醛是用于比较光催化活性的典型 VOC。钛白粉₂（标准商业产品）仅在可见光下几乎没有表现出活性。使用其他催化剂时，由于可见光，气相中的乙醛明显为零，但在不添加助催化剂的情况下，气相中的乙醛明显为零₃和可见光响应 TiO₂（相对于 TiO₂)，科罗拉多州₂生成后发现完全氧化是困难的。这是因为氧化反应在乙酸、甲酸和甲醛的中间阶段停止，难以进行进一步的分解。₃还确认了乙酸、甲酸和甲醛在表面上的积累。中间体的积累不仅会导致催化剂活性下降和劣化，而且还会增加中间体污染的可能性。不仅减少了分解的有机物，还减少了CO的产生量₂催化剂的性能应根据是否能完全氧化分解（=完全无害）增加的量来评价。

　钛白粉₂基光催化剂的活性在反应后半段显着下降，这被认为是由于反应中间体的积累抑制了催化剂的活性。另一方面，以 Pd 作为启动子的 WO₃光触媒 (Pd-WO₃)保持高活性并迅速导致所有乙醛完全氧化分解。二氧化碳₂Pd-WO 作为生成率₃是vis-TiO₂活跃大约 7 倍反应后半段，活性差异变得更大。此外，WO₃光催化剂（CuO-WO）₃) 对于 Pd-WO₃，反应进行一半时的CO₂Vis-TiO从生成率评估₂的 3 倍。

图2：乙醛分解产生的CO2发电量变化

用模拟阳光照射，可隔绝紫外线。 乙醛完全氧化（引入量：约16 μmol）产生约32 μmol CO2发生。 二氧化钛2：市售紫外线响应型 TiO2光催化剂，vis-TiO2：公司样品产品的可见光响应型TiO2

接下来，我们比较了典型反应中间体之一乙酸的氧化分解（图3）。与乙醛的分解类似，Pd-WO₃光催化活性为vis-TiO₂，并且很快达到完全氧化分解。此外，关于甲醛，它是另一种反应中间体，也是病态建筑综合症的病因，Pd-WO₃和 CuO-WO₃通过光催化剂，实现了几乎完全的氧化分解。

图3：乙酸分解产生的CO2发电量变化

用模拟阳光照射，可隔绝紫外线。 乙酸的完全氧化（引入量：约2μmol）产生约4μmol CO2发生。

　催化剂的活性也在低浓度的分布实验中进行了评估，这是接近实际使用的条件（表1）。在本实验中，使用丙烯酸荧光灯作为光源，假设将光催化膜附着在照明装置的罩上。 WO 不添加助催化剂₃和 vis-TiO₂的完全氧化率小于100%，大量中间体堆积或扩散而不能完全氧化。乙醛的去除率也低于100%，表明大部分乙醛不能在催化剂上反应并通过流动系统。另一方面，Pd-WO₃使用时，完全氧化率为100%，去除率为100%，流入的乙醛全部为CO₂换句话说，在分布实验中，Pd-WO₃相对于 TiO₂它具有更高的性能。另外，CuO-WO₃另外，在荧光灯照射和低浓度（2 ppm）条件下，分配系统中的完全氧化率和去除率几乎为100%。

表1：流动反应体系中乙醛分解的结果

测量条件：荧光灯照射（带亚克力视窗板。3000Lux）。乙醛浓度：5ppm。 流速：50毫升/分钟。催化剂面积：59cm2。 ＊1 根据循环气体的乙醛浓度和流量计算出的乙醛去除率以及乙醛去除率 ＊2 以百分比形式显示生成的二氧化碳浓度相对于除去的乙醛浓度的碳比率 ＊3 根据完全氧化的乙醛浓度（以乙醛换算）求出的完全氧化率

　Pd-WO甲苯，极其持久，是典型的芳香族VOC₃进行氧化分解的结果。甲苯是一种挥发性有机化合物，用作油漆和粘合剂的稀释剂。 WO 不添加助催化剂₃反应过程中活性低且CO₂生成量减少。这是因为反应中间体积聚在催化剂表面，导致光催化剂的活性下降。另一方面，支持Pd启动子（Pd-WO₃）并且活动大大改善，CO₂生成时，认为实现了完全氧化分解。还证实重复反应后光催化活性几乎没有下降。

图4：来自甲苯分解反应的CO2发电量变化。

用模拟阳光照射，可消除紫外线。与预处理。 重复两次已确认稳定性。 甲苯（导入量：约003μmol）完全氧化时，CO量增加7倍2发生。

　WO支持如上所述的适当的启动子₃可见光响应型光催化剂 TiO₂以比光催化剂更高的效率实现了许多有害有机物质的完全氧化分解（完全无害）。 WO₃高度稳定，作为元素无害。而且，捏合法的生产方法简单，易于大批量合成。可以说，这是一种性能接近实用水平的半导体光催化剂。

　实际应用的挑战是（1）降低催化剂成本的技术，以及（2）建立在不降低活性的情况下形成具有实用强度的膜的技术。关于(1)的成本，TiO₂由于催化剂原材料成本高于17017_17175|，因此最初的目标是高附加值应用的商业化。例如，它可用于照明设备罩、高性能空气净化器和汽车内部。我们将继续研究有效吸收光并减少催化剂用量的光限制技术。由于钯助催化剂比铜化合物更昂贵，我们目前正在考虑进一步减少助催化剂的用量。钯-WO₃CuO-WO是高性能空气净化器过滤器和油漆厂净化器，价格便宜且有望具有抗菌效果₃可用于医院瓷砖、家用照明罩、壁纸、百叶窗和其他合适的应用。关于（2）成膜技术，我们将利用研究小组的薄膜制造技术来推进研究，包括提高长期可靠性。

◆挥发性有机化合物（VOC）

VOC(挥发性有机化合物)，是常温常压下易挥发于空气中的有机化合物的总称。 WHO 分类表示沸点为 50 至 260°C 的有机化合物。众所周知，甲醛是造成家庭室内空气污染（病态建筑综合症）的一个原因，其来源包括胶合板、壁纸粘合剂和家具。乙醛是比较光催化活性作为甲醛替代品时使用的最典型的VOC，很难通过实验评估，并且也被称为烟草和其他物质中的恶臭物质。一般来说，乙醛的分解比甲醛的分解更困难。甲苯用作粘合剂和油漆的溶剂和稀释剂，并且可能从建筑粘合剂和室内材料油漆等中释放。[返回来源]

◆完全氧化分解

当有机物被氧化时，CO变得最稳定₂然而，如果氧化力不足，氧化过程中的物质可能会作为中间体生成并积累。中间体包括甲酸和乙酸。此外，在使用二氧化钛光催化剂分解甲苯的情况下，中间体聚合并且有色亚稳态中间体积累，这往往使催化剂变成棕色。大量亚稳态中间体的积累导致催化剂降解。如果没有实现完全氧化分解，则反应有机物中的碳原子总数和生成的CO₂的总碳数不匹配。[返回来源]

◆可见光响应性

可见光是波长范围从 400nm (380nm) 到 800nm 的光。典型的光催化剂二氧化钛是一种紫外光响应型光催化剂，其利用波长比可见光区短波长侧短的光，因此通常将能够利用波长比二氧化钛吸收长的光的光催化剂视为可见光响应型光催化剂。[返回参考源]

◆光触媒

光催化剂是受光吸收激发而引起氧化和还原反应的催化物质。有异质半导体光催化剂和均质染料光催化剂，但本次介绍将重点关注前者。半导体催化剂具有导带和价带被禁带分开的能带结构。能量大于带隙的光将价带中的电子激发到导带，在导带中产生电子，在价带中产生空穴。激发到导带的电子比价带中的电子具有更强的还原能力，可以引起在黑暗中无法发生的还原反应。同样，空穴也会发生强烈的氧化反应。在有机物分解的情况下，有机物被空穴氧化，最终生成CO₂另一方面，激发到导带的电子会还原氧气，最终产生水。[返回来源]

◆助催化剂

通过负载在半导体粉末上或添加到反应系统中来表现或提高活性的物质。负载型助催化剂包括金属、氧化物、非氧化物等。助催化剂具有多种作用，例如充当活性位点、通过积累电荷加速多电子反应以及促进电荷分离。本演示文稿的 WO₃，Pd和Pt等金属以及CuO等铜化合物的促进剂被认为可以促进氧的还原。 CuBi₂O₄也被证实有效。[返回参考源]