一種可見(jiàn)及近紅外光led光觸媒裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)及近紅外光光觸媒裝置，尤其涉及一種覆蓋有可見(jiàn)光或者近紅外光光觸媒膜層的可見(jiàn)及近紅外光發(fā)光二極管(LED)光觸媒裝置與制作方法，可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、醫(yī)療保健等與光觸媒相關(guān)的各技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光觸媒在特定波長(zhǎng)光照射下，會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)還原性的自由電子和強(qiáng)氧化性的空穴，同時(shí)，電子和空穴分別與環(huán)境中的O2和H2O作用，生成氧化力極強(qiáng)的自由氫氧基和活性氧，這些粒子可以氧化還原分解絕大部分有機(jī)污染物(包括甲醛、甲苯、氨基等)和部分無(wú)機(jī)污染物(包括C0、N0x與SO2等)，而且能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和固化病毒的蛋白質(zhì)，殺滅細(xì)菌。光觸媒能把有機(jī)污染物和細(xì)菌分解成無(wú)污染的H2O和CO2，而自身不發(fā)生變化。此外，部分光觸媒(例如T12)具有超親水性，空氣中會(huì)在表面形成一層均勻水膜，附著的污染物容易清洗。因此，光觸媒具有優(yōu)異的凈化空氣、防污自清潔、殺菌等功能。
[0003]光觸媒可用來(lái)噴涂墻面、地面、家具表面,也可以用光觸媒制造成各種工藝品等，但室內(nèi)的光能極為有限，光觸媒通常沒(méi)有發(fā)揮出高效率。如果將光觸媒噴涂于燈具的出光面制成光觸媒燈，當(dāng)光觸媒燈通電時(shí)，表面的光觸媒涂層產(chǎn)生極具活性的氫氧自由基，當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)(如室內(nèi)有人走動(dòng))，有害氣體和細(xì)菌碰到燈管的表面，會(huì)很快就被分解或殺滅，最終達(dá)到空氣凈化和滅菌的效果。光觸媒層的親水特性還可以在膜層表面形成一層平鋪的水膜，從而導(dǎo)致灰塵難以附著在燈體表面，因而使燈具具有自清潔的效果。
[0004]傳統(tǒng)光觸媒材料(主要是T12)只有在紫外光(波長(zhǎng)<400nm)的激發(fā)下才能生成產(chǎn)生作用。但是，紫外光只占太陽(yáng)光能量的3 - 5%，對(duì)于普通照明用的節(jié)能燈，紫外光含量只有數(shù)ppm(百萬(wàn)分之一)。紫外燈由于對(duì)人體的傷害，不能作為通用激發(fā)光源在公共場(chǎng)所及家居環(huán)境使用。因此，紫外光激發(fā)限制了傳統(tǒng)光觸媒材料的應(yīng)用范圍及功效。
[0005]我們已授權(quán)專利CN201020599506.6公開(kāi)了一種LED光觸媒面光源裝置，在LED光源的出光面上覆蓋一層傳統(tǒng)或金屬元素?fù)诫s改性光觸媒膜層，這種面光源裝置雖然可以在紫外光或可見(jiàn)光(380nm〈波長(zhǎng)<780nm)照射下產(chǎn)生一定光觸媒作用，但是其主要功能還在于可見(jiàn)光照明。
[0006]在一些特殊場(chǎng)合，比如醫(yī)院病房等，需要LED光觸媒裝置二十四小時(shí)不間斷地工作，進(jìn)行殺菌消毒，而且不會(huì)影響病人的睡眠，目前還沒(méi)有此類產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)以上不足提供了一種可見(jiàn)及近紅外光LED光觸媒裝置及其制備方法，采用過(guò)渡金屬或非金屬元素對(duì)傳統(tǒng)光觸媒材料進(jìn)行摻雜，改變帶隙結(jié)構(gòu)，使其在可見(jiàn)光或近紅外光照射下，也能產(chǎn)生良好的光催化反應(yīng)。采用與改性光觸媒能帶相匹配的特定波長(zhǎng)可見(jiàn)光或近紅外光LED作為激發(fā)光源，大幅提高了光催化的量子產(chǎn)率，從而使光觸媒的催化功效得以大幅提升。近紅外光LED光觸媒裝置可以二十四小時(shí)不間斷工作，可以應(yīng)用在一些特殊場(chǎng)合。
[0008]本發(fā)明公開(kāi)了一種可見(jiàn)及近紅外光發(fā)光二極管(LED)光觸媒裝置，包括能產(chǎn)生可見(jiàn)光或者近紅外光的LED照明燈具以及覆蓋在燈具上的光觸媒膜層，其特征在于:
[0009]所述可見(jiàn)光主波長(zhǎng)至少是在400?1400nm波長(zhǎng)中的一種LED光源；
[0010]所述光觸媒膜層是覆蓋在燈具出光面的膜層。
[0011]作為優(yōu)選，:所述光觸媒膜層至少是覆蓋在燈具出光面的金屬或非金屬摻雜改性的納米尺寸T12顆粒膜層。
[0012]作為優(yōu)選,所述光觸媒層的厚度為80nm?2mm。
[0013]作為優(yōu)選，所述光觸媒層中T12顆粒平均粒度小于30nm。
[0014]作為優(yōu)選，所述光觸媒層中T12摻雜元素為Fe、Cu、Cr、Co、Nb等過(guò)渡金屬元素或B、C、N等非金屬元素中的一種或多種。
[0015]作為優(yōu)選，所述光觸媒層中摻雜元素在T12中所占原子百分比為0.01%?10%。
[0016]我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究分析，采用過(guò)渡金屬或非金屬元素?fù)诫s改性可以有效提高光觸媒對(duì)可見(jiàn)光(400nm〈波長(zhǎng)<780nm)及近紅外光(780nm〈波長(zhǎng)<1400nm)的響應(yīng)。一方面，摻雜可以使帶隙變窄，能量對(duì)應(yīng)可見(jiàn)光或近紅外光波長(zhǎng)，另一方面，摻雜會(huì)在帶隙中引入缺陷能級(jí)，在可見(jiàn)光或近紅外光照射下，缺陷能級(jí)中的電子躍遷至導(dǎo)帶，或者價(jià)帶電子躍遷至缺陷能級(jí)。因此，對(duì)于摻雜改性光觸媒材料，可見(jiàn)光或近紅外光激發(fā)就可以產(chǎn)生自由電子和空穴，這無(wú)疑極大拓寬了光觸媒的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)光催化效率也得到大幅提升。
[0017]作為優(yōu)選，所述近紅外光至少是主波長(zhǎng)在780?1400nm波長(zhǎng)中的一種LED光源。
[0018]作為優(yōu)選，所述可見(jiàn)光或者近紅外光是主波長(zhǎng)在400?1400nm波長(zhǎng)的弱光區(qū)域光源。
[0019]本發(fā)明所述的弱光區(qū)域的定義是:光通量遠(yuǎn)低于一般照明光源光通量，人眼無(wú)法正常感知，但其光通量仍可以對(duì)光觸媒材料激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴，并仍足以產(chǎn)生良好光催化反應(yīng)的可見(jiàn)光或者近紅外光發(fā)光區(qū)域。
[0020]本發(fā)明還公開(kāi)了一種可見(jiàn)及近紅外光LED光觸媒裝置的制備方法，包括以下步驟:
[0021]摻雜改性的T12膜層的制備過(guò)程如下:
[0022]直接將摻雜改性的T12顆粒覆蓋于LED燈具出光表面，形成摻雜改性T12膜層；
[0023]或者先將摻雜改性的T12顆粒按0.1?50%的重量比分散于以透明環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂等為母體的有機(jī)聚合物中，然后將混合物覆蓋于LED燈具出光表面，形成摻雜改性T12顆粒/有機(jī)聚合物母體復(fù)合膜層；
[0024]或者先將未改性T12顆粒覆蓋于LED燈具出光表面，形成未改性T12膜層，然后利用離子注入等方法對(duì)T12膜層進(jìn)行摻雜改性，得到摻雜改性的T12膜層。
[0025]T12膜層中摻雜改性的T12顆粒的制備過(guò)程如下:
[0026]選用包含金屬或非金屬摻雜元素的前驅(qū)物，采用沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法等液相方法，直接制備摻雜改性的納米T12顆粒；
[0027]或者先采用沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法等液相方法，制備未摻雜的納米T12顆粒，然后利用離子注入等方法對(duì)T12顆粒進(jìn)行摻雜改性，得到摻雜改性的納米T12顆粒。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0029]本發(fā)明采用過(guò)渡金屬或非金屬元素對(duì)傳統(tǒng)光觸媒材料進(jìn)行摻雜，改變帶隙結(jié)構(gòu)，使其在可見(jiàn)光或近紅外光照射下，也能產(chǎn)生良好的光催化反應(yīng)，從而極大拓寬了光觸媒的應(yīng)用領(lǐng)域，使得光觸媒可以廣泛應(yīng)用于公共場(chǎng)所及家居環(huán)境。采用與摻雜改性光觸媒帶隙結(jié)構(gòu)相匹配的特定波長(zhǎng)可見(jiàn)光或近紅外光LED作為激發(fā)光源，大幅提高了光催化的量子產(chǎn)率，從而使光觸媒的催化功效得以大幅提升。近紅外光LED及弱光區(qū)域光源光觸媒裝置可以二十四小時(shí)不間斷工作，可以應(yīng)用在一些特殊場(chǎng)合，例如醫(yī)院病房等。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為實(shí)施例1中基于可見(jiàn)光LED球