专利名称：光触媒装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光触媒装置。
背景技术：
光触媒具有抗菌、除臭、自洁等功能，其作用原理为当以具适当波长的光照射光触媒 时，光以能量的方式被光触媒吸收，进而激发光触媒本体产生电子与空穴。带负电荷的电子 与光触媒表面的氧分子(02)作用可产生異有强还原能力的超氧阴离子( 02—)，带正电荷的空 穴与光触媒表面的水分子(H20)作用可产生具有强氧化分解能力之氢氧自由基( 0H);该超氧 阴离子与氢氧自由基能够将有机物分解成二氧化碳与水。因此，光触媒经适当波长之光线照 射后，在光触媒表面产生的超氧阴离子( 02—)及氢氧自由基( OH)提供的强分解能力为光触 媒作用的主要因素，其能够有效地分解光触媒表面接触的脏污、细菌、病毒等有机物、以及 氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)等对人体有害气体，产生光触媒效应，进而达成光触媒除污 杀菌之功效。光触媒效应之基本构成为光触媒及光源，必须在二者共同作用下才能实现对有 机物、有害气体等物质的分解作用。
现有的光源为日光或水银灯管，然而在室内或封闭空间的阴暗处无法照射到日光，限制 了利用日光作为光源的光触媒装置的使用范围。水银灯管发出的光的波长范围很广，无法准 确控制水银灯管所发出的紫外光波长的范围，而且波长为254纳米(nm)的紫外光会伤害人体 的DNA，所以必须防止水银灯管发出的光线从光触媒装置射出并照射到人体。有鉴于此，有 必要提供一种光触媒装置，其具有能够发出最佳波长范围光的光源。
发明内容
下面将以实施例说明一种光触媒装置，其具有能够发出最佳波长范围光的光源。 一种光触媒装置，其包括 一个二氧化钛光触媒层及至少一个发光二极管光源；该至少 一个发光二极管光源发出的光的波长范围为375nm至395nm，该二氧化钛光触媒层用以在吸收 该至少一个发光二极管光源发出的光的能量后受激产生电子与空穴。
现如今，光触媒装置设计人员通常认为光触媒装置中的光源发出的光的波长越短越好， 且至少要求在i-line(365 nm)以下，然而本发明实施例所提供的光触媒装置中的二氧化钛光 触媒层在至少一个发光二极管光源所发出的波长范围为375nm至395nm的光的照射下，二氧化 钛光触媒层却可以达到最佳的光触媒作用效应，对接触到二氧化钛光触媒层表面的有机物及有害气体达到最佳分解率。
图l是本发明实施例提供的光触媒装置的结构示意图。
图2是二氧化钛光触媒层在波长为385nm的光的照射下对氮氧化物气体进行分解时，氮氧 化物气体浓度随时间变化的对应关系图。
图3是发光二极管光源的发光波长、二氧化钛光触媒层对氮氧化物气体的分解率、以及 二氧化钛光触媒层的光吸收功率的对应关系图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图l，本发明实施例提供的光触媒装置IO，其包括多个发光二极管光源ll， 一个 二氧化钛(Ti02)光触媒层12。
多个发光二极管光源ll可为氮化镓(GaN)或氮化铝铟镓(AlInGaN)发光二极管光源，其发 出的光101为波长小于或等于400nm的紫外光。相较于其他光源，多个发光二极管光源ll发出 的光101的波长范围可准确控制在375nm至395nm，该波长范围内的光几乎可以全部被二氧化 钛光触媒层12吸收，从而使得二氧化钛光触媒层12具有最佳的光触媒作用效应。可以理解的 是，光触媒装置10也可只包括一个发光二极管光源11，只要这一个发光二极管光源ll发出的 波长范围为375nm至395nm的光能够完全照射二氧化钛光触媒层12即可。
有鉴于操作温度对发光二极管光源ll的发光波长及发光效率影响较大，例如氮化镓系发 光二极管光源一般会随着自身温度的升高，其发光波长会相应的增加，因此有必要提供一个 具有稳定光输出波长的发光二极管光源，为二氧化钛光触媒层12提供稳定的光能量。在此， 发光二极管光源ll在定电流下操作以获得稳定的光输出功率及光输出波长，从而可为二氧化 钛光触媒层12提供稳定的光能量。可以理解的是，发光二极管光源ll可串联一个定电流，同 样可使其获得稳定的光输出功率及光输出波长。
另外，发光二极管光源ll也可串联至少一电阻的条件下在定电压下操作，加载于发光二 极管光源l 1的电能本身的转换功率部分被该至少一电阻消耗掉，从而在操作电压稍微变动的 情况下，不会造成流过发光二极管光源ll的电流发生大幅度改变，从而避免电流大幅度增加 造成发光二极管光源ll本身温度上升，以保证发光二极管光源ll具有稳定的光输出功率及光 输出波长。
二氧化钛光触媒层12可为纳米级二氧化钛颗粒粉体、二氧化钛薄膜层或二氧化钛光触媒 滤网。在本实施例中，二氧化钛光触媒层12为二氧化钛光触媒滤网，其具有多个孔洞，发光二极管光源11发出的特定波长的光照射到该二氧化钛光触媒层12，进入到该多个孔洞内部的 光线中尚未被光触媒吸收的部分光线经由全反射效应传递，使得进入到该多个孔洞内部的光 线能够充分被光触媒吸收，进一步加强了光触媒作用效应。
光触媒装置10还可进一步包括一基底13，基底13用以承载二氧化钛光触媒层12，即二氧 化钛光触媒层12附着在基底13的一表面上。由于基底13本身具有较佳的机械强度，其能够为 二氧化钛光触媒层12提供很好的支撑作用。另外，二氧化钛光触媒层12可设置在具有较大表 面积的基底13的表面上，则该二氧化钛光触媒层12具有较大的表面积，从而可提升二氧化钛 光触媒层12的光触媒作用效应。基底13可为铝，发泡镍或多孔性陶瓷等。
二氧化钛光触媒层12所包含的二氧化钛光触媒具有锐钛(Anatase)型，金红石(Rutile) 型及板钛(Brookite)型三种结晶态，其中锐钛型二氧化钛光触媒具有光触媒分解作用之活性 (Activity)。在本实施例中，二氧化钛光触媒层12中包含分解活性作用较佳的锐钛型二氧化 钛光触媒。二氧化钛光触媒层12也可包含锐钛型二氧化钛光触媒，以及金红石型二氧化钛光 触媒及板钛型二氧化钛光触媒中至少一者。
二氧化钛光触媒层12中的锐钛型二氧化钛光触媒吸收该发光二极管光源11发出的光的能 量后产生电子空穴对(Electron-Hole Pair),电子与光触媒表面的氧分子(02)作用可产生具 有强还原能力的超氧阴离子( 02—)，空穴与光触媒表面的水分子(H20)作用可产生具有强氧化 分解能力之氢氧自由基( 0H)。该超氧阴离子与氢氧自由基能够分解二氧化钛光触媒层12表 面附着的物质，如醇类、醛类、苯及其衍生物、细菌等有机物及氨气(NH3)、氮氧化物 (N0X)、硫氧化物(S0X)等对人体有害气体等。
二氧化钛光触媒层12中可添加掺杂物以增加二氧化钛光触媒层12的作用活性，该掺杂物 可为银(Ag)等金属。
以下将对氮化铝铟镓(AlInGaN)发光二极管光源l 1及锐钛型二氧化钛光触媒层12用于分 解氮氧化物气体之实验过程及结果进行简单说明
本次试验的目的是通过改变发光二极管光源ll发出的光的波长测试二氧化钛光触媒层 12分解氮氧化物气体的去除率，验证发光二极管光源11的发光波长对二氧化钛光触媒层12的 光触媒效应的影响。
实验测试条件如下氮氧化物气体的浓度为lppm，流量为lL/min，温度为23'C，湿度为 55%;三个氮化铝铟镓发光二极管光源ll的发光波长分别为365nm， 385nm， 400nm。
实验过程为分别使发光波长分别为365nm， 385nm， 400nm的发光二极管光源ll发出的 光照射二氧化钛光触媒层12，将氮氧化物气体通入包含发光二极管光源ll及二氧化钛光触媒
5层12的反应槽内并量测氮氧化物气体的去除量。
参见图2，以包含有发光波长入为385nm的发光二极管光源ll及二氧化钛光触媒层12的反 应槽为例。先将氮氧化物气体通入反应槽，在h时刻，氮氧化物气体的浓度为l卯m，此时氮 氧化物气体具有较高的浓度；在T2时刻开启发光二极管光源11;在T3时刻关闭发光二极管光 源ll，并停止向反应槽内通入氮氧化物气体。由图可知，从T2到T3，氮氧化物气体的浓度明 显降低。由此可见，二氧化钛光触媒层12在波长入为385nm的光的照射下将氮氧化物气体分 解，在关闭发光二极管光源ll后反应槽内只残留少量氮氧化物气体。
参见图3，其示出了发光二极管光源ll的发光波长，二氧化钛光触媒层12对氮氧化物气 体的分解率，以及二氧化钛光触媒层12的光吸收功率对应关系。图3中，曲线a表示二氧化钛 光触媒层12的光吸收率与发光二极管11的发光波长的对应关系，曲线b表示发光二极管ll的 输出功率与其发光波长的对应关系，曲线c表示二氧化钛光触媒层12的光吸收功率与发光二 极管光源ll的发光波长的对应关系，曲线d表示对应不同的发光波长二氧化钛光触媒层12分 解氮氧化物气体的测试结果，即二氧化钛光触媒层12对氮氧化物气体的分解率。由图3可知 ，二氧化钛光触媒层12吸收了发光二极管光源ll所发出的波长范围为375nm至395nm的光的能 量后对氮氧化物气体具有最佳的分解率(60%至70%)。
由此实验可以验证二氧化钛光触媒层12达到最佳分解率所需的最佳光波长范围为375nm 至395nm。
基于波长越短光能量越高的原因，光触媒装置设计人员通常认为光触媒装置中光源发出 的光的波长越短越好，且至少要求在i-line(365 nm)以下，i-line(365 nm)表示高压汞灯光 谱中的365nm谱线。然而，本发明实施例所提供的光触媒装置10所包括的二氧化钛光触媒层 12在发光二极管光源ll所发出的波长范围为375nm至395nm的光的照射下，二氧化钛光触媒层 12却可以达到最佳的光触媒作用效应，即对接触到二氧化钛光触媒层12表面的有机物及有害 气体达到最佳分解率。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效 果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种光触媒装置，其包括一个二氧化钛光触媒层及至少一个发光二极管光源；该至少一个发光二极管光源发出的光的波长范围为375nm至395nm，该二氧化钛光触媒层用以在吸收该至少一个发光二极管光源发出的光的能量后受激产生电子与空穴。
2.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该二氧化钛光触媒层 包含锐钛型二氧化钛光触媒。
3.如权利要求2所述的光触媒装置，其特征在于该二氧化钛光触媒层 进一步包含金红石型二氧化钛光触媒及板钛型二氧化钛光触媒中至少一者。
4.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该二氧化钛光触媒层 中添加有掺杂物。
5.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该光触媒装置还可进 一步包括一基底，该二氧化钛光触媒层附着在基底的一表面上。
6.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该二氧化钛光触媒层 为二氧化钛光触媒滤网。
7.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该至少一个发光二极 管光源为氮化镓发光二极管或氮化铝铟镓发光二极管。
8.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该至少一个发光二极 管光源是在定电流下操作。
9.如权利要求8所述的光触媒装置，其特征在于该至少一个发光二极 管光源为多个，该多个发光二极管光源相互串联。
10.如权利要求l所述的光触媒装置，其特征在于该光触媒装置还包 括至少一电阻，该至少一个发光二极管光源与该至少一电阻串联并在定电压下操作。
全文摘要
本发明涉及一种光触媒装置，其包括一个二氧化钛光触媒层及至少一个发光二极管光源；该至少一个发光二极管光源发出的光的波长范围为375nm至395nm，该二氧化钛光触媒层用以在吸收该至少一个发光二极管光源发出的光的能量后受激产生电子与空穴。该二氧化钛光触媒层吸收了该至少一个发光二极管光源发出的波长范围为375nm至395nm的光，即可达到最佳的光触媒作用效应。
文档编号B01J19/08GK101559346SQ20081030121
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者张忠民, 徐智鹏, 李泽安 申请人:展晶科技(深圳)有限公司;先进开发光电股份有限公司