CN117582811A - 光催化剂、包括其的催化剂过滤器、催化剂模块和空气净化*** - Google Patents

光催化剂、包括其的催化剂过滤器、催化剂模块和空气净化*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及光催化剂、包括其的催化剂过滤器、催化剂模块和空气净化***。光催化剂包括第一金属氧化物；和第二金属氧化物，其中所述第一金属氧化物设置在所述第二金属氧化物的表面上，和其中所述光催化剂在约200纳米(nm)至约600nm的波长区域中的吸光度比TiO2在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度大了约5％至约50％。

Description

光催化剂、包括其的催化剂过滤器、催化剂模块和空气净化 ***
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年8月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0103340的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，将其内容全部通过引用引入本文中。
技术领域
本主题涉及光催化剂、包括所述光催化剂的催化剂过滤器、催化剂模块(组件)、和空气净化***。
背景技术
为了除去空气中的污染物，用具有大的比表面积的吸附剂(例如，活性炭)连同空气净化过滤器吸附/除去气态污染物的方法是已知的。然而，这些吸附/除去方法具有缺点。例如，当被吸附的气体污染物解吸时，可产生二次污染。在一些体系中，可需要单独的再生过程，诸如在高温下加热，以使吸附剂再生，和/或在湿气的存在下吸附剂的性能可快速劣化。
光催化剂为能够通过如下除去气态污染物的材料：引起当催化剂接收至少一定能量的光时形成的电子和空穴的氧化/还原反应。在这样的光催化剂之中，含有TiO2的光催化剂利用通过将气态污染物氧化成二氧化碳而将气态污染物分解的方法。然而，TiO2光催化剂可具有有限的催化剂效率，因为在TiO2材料能够接触到气态污染物之前，通过光产生的电子和空穴可快速复合。
因此，存在对于如下光催化剂的持续需要：其不通过气态污染物的解吸而释放二次污染，不使用单独的再生过程诸如在高温下加热，并且通过使用氧化/还原反应以高的效率持续地除去气体污染物而不论湿气的存在。
发明内容
提供光催化剂，其在紫外(UV)光和可见光的整个波长区域中具有改善的光的吸收，对于气态挥发性有机化合物(VOC)具有高的分解效率和高的除去效率而不论湿气的存在，并且与这样的物种具有高的反应速率。
提供包括所述光催化剂的催化剂过滤器。
提供包括所述催化剂过滤器的催化剂模块。
提供包括所述催化剂模块的空气净化***。
额外的方面将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将由详细描述明晰，或者可通过本文中描述的所呈现的示例性实施方式的实践获悉。
根据一个方面，光催化剂包括：
第一金属氧化物；和
第二金属氧化物，
其中所述第一金属氧化物设置在所述第二金属氧化物的表面上，和
其中所述光催化剂在约200纳米(nm)至约600nm的波长区域中的吸光度比TiO2在约200纳米至约600纳米的波长区域中的吸光度大了约5％至约50％。
根据另一方面，催化剂过滤器包括：
多孔陶瓷载体，和
设置在所述多孔陶瓷载体的表面上的所述光催化剂。
根据另一方面，催化剂模块包括：
所述催化剂过滤器，和
能量供应源，
其中所述能量供应源向所述催化剂过滤器供应能量用于催化剂活化。
根据另一方面，空气净化***包括：
供应含有挥发性有机化合物的空气的供应器，和
包括所述催化剂模块的空气净化器，
其中所述空气净化***从由所述供应器供应的空气基本上分解和基本上除去所述挥发性有机化合物，并且排出从其基本上分解和基本上除去所述挥发性有机化合物的净化的空气。
附图说明
由结合附图考虑的以下详细描述，一些示例性实施方式的以上和其它方面、特征和优势将更明晰，其中：
图1A为显示根据一种或多种实施方式的用于空气净化的光催化剂的表面光化学的示意图；
图1B为根据一种或多种实施方式的光催化剂中的第一金属氧化物和第二金属氧化物的带隙能量图；
图2为强度(任意单位，a.u.)对结合能(电子伏，eV)的图，其显示根据实施例1制备的Cu2O/TiO2光催化剂的X射线光电子能谱法(XPS)结果；
图3为光致发光(PL)强度(任意单位)对波长(nm)的图并且显示根据实施例1以及对比例1和2制备的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂的发射光谱；
图4为根据实施例1-7和对比例1制备的Cu2O/TiO2和TiO2光催化剂的Kubelka-Munk(库贝尔卡-蒙克，K-M)函数(任意单位)对波长(nm)的图；
图5为吸附的氮气的体积(cm3/g)对相对压力(ρ/ρ0)的图并且显示测量各自负载于ST-01和P25上的根据实施例1和对比例3制备的Cu2O/TiO2催化剂的比表面积的结果；
图6为光电流密度(微安/平方厘米，μA/cm2)对时间(秒，sec)的图并且显示测量取决于紫外线(例如，UVA)向根据实施例1以及对比例1和2制备的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂的辐射的随着时间的光电流密度的结果；
图7为每体积的电荷密度(如由本文中的方程1所定义的)对电位(V，相对于Ag/AgCl)的图并且显示当向根据实施例1以及对比例1和2制备的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂在紫外线(例如，UVA)的辐射下施加在约-0.5V至约2.0V(相对于Ag/AgCl)的范围内的电位时测量每体积的电荷密度的结果；
图8为虚部阻抗(-Zim，千欧姆，kΩ)对实部阻抗(Zre，kΩ)的图并且为显示在向根据实施例1以及对比例1和2制备的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂辐射紫外线(例如，UVA)之后测量阻抗的结果的奈奎斯特(Nyquist)图；
图9为根据一种或多种实施方式的催化剂过滤器的示意图；
图10A为根据一种或多种实施方式的催化剂模块的示意图；
图10B为图10A的催化剂模块安装于其中的腔室的示意图；
图11为根据一种或多种实施方式的空气净化***的示意图；
图12为作为图11的供应器的实例的第二供应器的气体供应单元的示意图；
图13为图12的气体供应单元的示意图；
图14为图12的气体供应单元中包括的反应器的示意图；
图15为用于测量气态VOC的分解效率的反应器的示意图；和
图16为分解效率(％)对相对湿度(％)的图并且显示通过使用反应器在23℃以及0％和50％的相对湿度下测量通过根据实施例1以及对比例1和2制备的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂的气态VOC的分解效率的结果。
具体实施方式
现在将对示例性实施方式进一步详细地进行介绍，其实例说明于附图中，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在这点上，本示例性实施方式可具有不同的形式且不应被解释为限于本文中阐明的详细描述。因此，下面仅通过参考附图进一步详细地描述示例性实施方式以说明一些方面。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。表述诸如“的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。
下文中描述的本描述可具有多种变型和多种实施方式，将在附图中说明并且在详细描述中更充分地描述实例实施方式。然而，本主题不应被解释为限于本文中阐明的实例实施方式，而是应被理解为覆盖落入本主题的范围内的所有变型、等同者、或替代者。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，且不意图限制本发明构思。以单数使用的表述包括复数的表述，除非其在上下文中具有明显不同的含义。
如本文中在组分(成分、部件)前面使用的表述“至少一种(个)”或“一种(个)或多种(个)”意在补充所有组分(成分、部件)的列表，并且不暗示补充描述的单独组分(成分、部件)。除非另外描述，否则如本文中使用的术语“组合”包括混合物、合金、反应产物等。如本文中使用的术语“包含”和“包括”不排除其它组分(成分、部件)，除非另外描述，并且意味着可进一步包括其它组分(成分、部件)。如本文中使用的术语诸如“第一”、“第二”等可用于使一种组分(成分、部件)区别于另一种，而不是指明顺序、品质、或重要性。除非另外指明或另外由上下文清楚地描述，否则组分(成分、部件)应被解释为包括单数和复数两者。除非另外具体说明，否则表述“或”包括“和/或”的含义。
术语“一种或多种实施方式”等意指，关于一种或多种实施方式描述的具体组分(成分、部件)包括在本文中描述的至少一种实施方式中，并且所述具体组分(成分、部件)可存在于或者可不存在于其它示例性实施方式中。另外，本文中描述的组分(成分、部件)应被解释为可能在多种示例性实施方式中以任何合适的方式组合。
除非另外声明，否则所有百分数、份、比率等以重量计。另外，当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或者优选上限或优选下限的列表给出时，将理解，不管所述范围是否被单独地公开，也包括由任何范围上限、或优选值和任何范围下限、或者任何对的优选值形成的所有范围。
当在本文中陈述数值的范围时，除非另外声明，否则所述范围意图包括端点以及在所述范围内的所有整数和分数。当限定范围时，详细描述的范围不意图被具体值限制。
除非另外具体说明，否则单位“重量份”指的是在各组分之间的重量比率，并且单位“质量份(按物质的份)”指的是通过将在各组分之间的重量比率换算成固含量而获得的值。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即，测量***的限制)而确定的对具体值的可接受的偏差范围内。例如，“约”可意味着相对于所陈述的值在一种或多种标准偏差内，或者在±30％、20％、10％、5％内。
除非另外定义，否则本说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与由本领域技术人员通常理解的相同的含义。另外，术语，诸如在常用字典中定义的术语，应被解释为具有与相关领域中和如本文中使用的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的。替代地，所述术语不应以过度形式的意义进行解释。
将理解，当一个元件被称为“在”另外的元件“上”时，其可直接与所述另外的元件接触或者其间可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，不存在中间元件。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与由该总的发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，术语，诸如在常用字典中定义的那些，应被解释为具有与它们在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。
参照作为理想化实施方式的示意图的横截面图描述示例性实施方式。因此，实例的外观可例如由于制造技术和/或公差而改变。因此，本文中描述的实施方式不应被解释为限于本文中描述的区域的具体形状，而是应包括例如在制造期间发生的在形状上的变化。例如，图示或描述为平坦区域的区域可通常具有粗糙的和/或非线性的特性。此外，所图示的锐角可为圆化的。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且其形状不意图说明区域的精确形状且不意图限制权利要求的范围。
下文中，将在本文中的示例性实施方式中进一步详细地描述光催化剂、包括所述光催化剂的催化剂过滤器、催化剂模块、和空气净化***。
根据一个方面，光催化剂包括：第一金属氧化物；和第二金属氧化物，其中所述第一金属氧化物设置在所述第二金属氧化物的表面上，和其中所述光催化剂在约200纳米(nm)至约600nm的波长区域中的吸光度比TiO2在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度大了约5％至约50％。
图1A为用于说明根据一种或多种实施方式的光催化剂的结构和运行原理的示意图。
参考图1A，所述光催化剂可具有例如如下结构：其中第一金属氧化物例如Cu2O设置在所述第二金属氧化物(例如，TiO2)的表面上。换句话说，所述第一金属氧化物(例如，Cu2O等)设置在所述第二金属氧化物(例如，TiO2等)的表面上。
当用具有比所述第二金属氧化物的带隙能量大的能量的光(例如，紫外(UV)光)照射所述第二金属氧化物的表面时，电子从价带(VB)转移至导带(CB)并且可产生电子(e-)和空穴(h+)对。在价带中产生的空穴(h+)可对氧化反应做贡献并且与吸附在所述表面上的水分子反应以产生羟基自由基(OH)，或者通过直接的反应，有机物质例如气态挥发性有机化合物(VOC)可被氧化。在导带中产生的电子(e-)可导致氧分子的还原反应以形成超氧化物离子(O2 -)，并且通过若干另外的反应，可产生羟基自由基(·OH)。通过由空穴(h+)和电子(e-)产生的羟基自由基(·OH)，气态VOC可分解为二氧化碳和水。然而，如果所述光催化剂包括所述第二金属氧化物而没有设置在其表面上的所述第一金属氧化物，则电子和空穴可快速复合，使得所述光催化剂的效率可降低。
在根据一种或多种实施方式的光催化剂中，与所述第二金属氧化物中的电子相比，所述第一金属氧化物的电子可具有相对更窄的在价带和导带之间的带隙。在这点上，所述光催化剂可具有将气态VOC氧化和分解的性质，即使是当在可见光波长区域中进行辐射时。所述第一金属氧化物设置在所述第二金属氧化物的表面上(或浸在所述第二金属氧化物的表面中)，使得在所述第二金属氧化物的表面上产生的电子(e-)中的许多可被所述第一金属氧化物吸附。结果，随着所述第一金属氧化物的空穴(h+)的数量增加，氧化反应增加，且因此，可促进所述气态VOC的氧化，并且所述气态VOC的分解和除去效率以及除去反应速率可增加。另外，基于在所述第二金属氧化物和所述第一金属氧化物之间的界面处的优异的电荷转移，更多电子可参与到从所述气态VOC到二氧化碳的氧分子的还原反应，由此提高能量转化率。因此，所述光催化剂的吸光度是在UV和可见光的波长区域中，如本文中所描述的。
所述光催化剂在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度比TiO2在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度大了约5％至约50％。例如，根据一种或多种实施方式的光催化剂在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度可比TiO2在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度大了约6％至约49％、约7％至约48％、约8％至约47％、约9％至约46％、约10％至约45％、或约10％至约44％。
根据一种或多种实施方式的光催化剂在约200nm至约400nm的波长区域中的吸光度可比TiO2在约200nm至约400nm的波长区域中的吸光度大了至少约30％。例如，所述光催化剂在约200nm至约400nm的波长区域中的吸光度可比TiO2在约200nm至约400nm的波长区域中的吸光度大了约30％至约400％。这可通过下文中将描述的分析实施例2和图4证实。所述波长可为例如254nm、320nm、365nm、或420nm的波长，但不限于此。
所述第一金属氧化物的第一金属的氧化值可为+1。具有+1的氧化值的第一金属氧化物在大气中可为不稳定的，并且可促进电子从所述第二金属氧化物的表面到所述第一金属氧化物的转移。
图1B显示根据一种或多种实施方式的光催化剂的第一金属氧化物和第二金属氧化物的还原电位(相对于NHE)。
参考图1B，具有+1的氧化值的第一金属氧化物例如Cu2O的带隙能量可为约2.1eV。具有+1的氧化值的第一金属氧化物的带隙能量可比约3.2eV(其为所述第二金属氧化物例如TiO2(锐钛矿型)的带隙能量)窄，但是可比约1.8eV(其为具有+2的氧化值的铜氧化物例如CuO的带隙能量)宽。因此，由于与具有+2的氧化值的金属氧化物相比，具有+1的氧化值的第一金属氧化物具有高的电荷分离和高的在所述波长区域中的吸光度，因此所述光催化剂可具有高效的光催化活性。
所述第一金属氧化物可包括如下的至少一种：铜、铂、金、银、锌、锰、或其组合。因此，所述第一金属氧化物可包括一种或多种不同的金属并且可为金属合金氧化物。例如，所述第一金属氧化物可包括如下的至少一种：Cu2O、Pt2O、Au2O、Ag2O、Zn2O、Mn2O、或其组合。例如，所述第一金属氧化物可为Cu2O。Cu2O，作为p型半导体催化剂，可在气态VOC中引起非常高效的还原反应。另外，通过吸收通过光(例如，通过紫外光)产生的电子，可防止电子(e-)和空穴(h+)对的复合，并且由于优异的在Cu2O和所述第二金属氧化物之间的界面处的电子的转移，在紫外线和可见光波长区域中的吸收可改善。
基于100重量份的所述第二金属氧化物，所述第一金属氧化物的量可为约0.2重量份至约10重量份。例如，基于100重量份的所述第二金属氧化物，所述第一金属氧化物的量可为约0.2重量份至约9重量份、约0.2重量份至约8重量份、约0.2重量份至约7重量份、约0.2重量份至约6重量份、或约0.2重量份至约5重量份。例如，基于100重量份的所述第二金属氧化物，所述第一金属氧化物的量可为约0.2重量份至约3重量份。当所述第一金属氧化物的量在以上范围内时，在200nm和600nm之间的波长区域中的吸光度可进一步改善，所述光催化剂的光电流密度和电荷载流子密度可增加，并且通过降低阻抗可容易地实现电荷转移。结果，根据一种或多种实施方式的光催化剂可提高所述气态VOC的分解和除去效率，而且提高除去反应速率。
所述第二金属氧化物可包括如下的至少一种：钛、锌、锆、钽、钨、或其组合。例如，所述第二金属氧化物可包括如下的至少一种：TiO2、ZnO、ZrO2、Ta2O5、WO3、或其组合。例如，所述第二金属氧化物可为TiO2。
所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物各自可独立地为颗粒、线、簇、晶体、或其组合的形式。例如，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物可各自独立地为颗粒或晶体。这样的颗粒形状或晶体形状可各自独立地具有球形状、管形状、棒形状、纤维形状、片形状、或其组合，并且可具有相同或不同的形状以控制所述光催化剂的光吸收效率。
在根据一种或多种实施方式的光催化剂中，所述第一金属氧化物颗粒可以岛的形式设置在所述第二金属氧化物颗粒的表面上，或者可具有包围(围绕)所述第二金属氧化物颗粒的形状。
在一种或多种实施方式中，所述第一金属氧化物可为纳米尺寸的一次颗粒，且所述第二金属氧化物可为微米尺寸的一次颗粒、或各自由多个微米尺寸的一次颗粒构成的二次颗粒。例如，第一金属氧化物颗粒的平均颗粒直径可为约5nm至约10nm。当所述第一金属氧化物颗粒的平均颗粒直径在以上范围内时，所述第一金属氧化物颗粒可容易地设置在第二金属氧化物颗粒的表面上，且因此，可获得具有改善的光催化活性的光催化剂。例如，所述第二金属氧化物的一次颗粒的平均颗粒直径可为约0.1μm至约20μm、例如约1μm至约10μm、和例如约3μm至约7μm。其中所述第二金属氧化物的一次颗粒聚集的所述二次颗粒的平均颗粒直径可为约10μm至约200μm、例如约30μm至约150μm、和例如约50μm至约100μm。在以上范围内，所述第二金属氧化物颗粒可获得期望水平的比表面积。
所述第二金属氧化物的一次颗粒和/或二次颗粒的比表面积可大于或等于100平方米/克(m2/g)。例如，所述第二金属氧化物的一次颗粒或二次颗粒的比表面积可为约100m2/g至约500m2/g、例如约100m2/g至约450m2/g、例如约100m2/g至约400m2/g、例如约100m2/g至约350m2/g、例如约100m2/g至约300m2/g、例如约100m2/g至约250m2/g、或例如约100m2/g至约230m2/g。当所述第二金属氧化物的一次颗粒或二次颗粒的比表面积在以上范围内时，所述气态VOC的吸附面积可增加，且气态VOC的分解和除去效率可增加。
当用具有约360nm至约365nm的波长的紫外光照射时，根据一种或多种实施方式的光催化剂在相对于Ag/AgCl的0.5伏(V)的电位下可具有大于或等于约20微安/平方厘米(μA/cm2)的平均光电流密度。例如，所述平均光电流密度可为约20μA/cm2至约50μA/cm2、例如约20μA/cm2至约30μA/cm2。
当在具有约360nm至约365nm的波长的紫外光的辐射下在约-0.5V至约2.0V(相对于Ag/AgCl)的范围内的电位下施加时，根据一种或多种实施方式的光催化剂可具有根据方程1的大于或等于约3.0×1020/cm3的电荷载流子密度。例如，根据方程1的电荷载流子密度可为约3.0×1020/cm3至约4.0×1020/cm3：
方程1
其中，在方程1中，ND表示电荷载流子密度(cm-3)，
Csc表示空间电荷容量(F cm-2)，
e表示元电荷(基本电荷)，
ε表示电极材料的非介电常数，
ε0表示真空电容率，
Es表示施加的电位(V)，
EFB表示平带电位(V)，
k表示玻尔兹曼常数(1.38×10-23J K-1)，和
T表示绝对温度(K)。
平均光电流密度和电荷载流子密度可通过本文中将描述的评价实施例1以及图6和7确认(证实)。
所述光催化剂可用于气态VOC的分解和除去。所述光催化剂可不产生臭氧。换句话说，所述光催化剂可基本上分解和/或基本上除去所述气态VOC的一种或多种。
在根据一种或多种实施方式的光催化剂中，当在23℃和0％的相对湿度下测量时，根据方程2，对于气态VOC的分解效率可大于或等于约85％，和当在23℃和50％的相对湿度下测量时，根据方程2，对于气态VOC的分解效率可大于或等于约90％：
方程2
分解效率(％)＝{(转化的CO2的浓度)/(气态VOC的初始浓度)×100％}。
这可通过下文中将描述的评价实施例3和图15和16确认。
根据一种或多种实施方式的光催化剂可通过以下方法制备。
所述方法可包括：通过对包括所述第一金属氧化物的前体和所述第二金属氧化物的前体的混合物进行第一热处理而获得第一所得产物；以及通过将葡萄糖和氢氧化钠添加至所述第一所得产物和对其进行第二热处理而获得第二所得产物。
基于100重量份的所述第二金属氧化物，所述第一金属氧化物的前体的量可为约0.5重量份至约10重量份。例如，基于1摩尔的浸在所述第一所得产物中的铜，添加的葡萄糖的量可为约2摩尔至约6摩尔，且添加的氢氧化钠的量可为约2摩尔至约16摩尔。所述第一热处理和所述第二热处理可通过双重浴处理进行。经由通过双重浴处理的浸渍，催化剂可良好地合成。
根据另一方面，催化剂过滤器可包括：多孔陶瓷载体；和设置在所述多孔陶瓷载体的表面上的所述光催化剂。
图9为根据一种或多种实施方式的催化剂过滤器6的示意图。
参考图9，催化剂过滤器6包括多孔陶瓷载体4和光催化剂的颗粒或颗粒聚集体5，其中颗粒或颗粒聚集体5覆盖在多孔陶瓷载体4的表面上。多孔陶瓷载体4可具有高的强度和高的比表面积，由此提高所述光催化剂的活性。另外，多孔陶瓷载体4可即使在外部环境诸如强酸、高温、和强的力诸如风下也保持其形状，并且可由于优异的透气性而减小压力损失。
多孔陶瓷载体4可具有蜂窝结构。其横截面可具有多种形状诸如圆、椭圆、矩形、正方形等。多孔陶瓷载体4可具有圆柱形状、长方体形状、或立方体形状，其各自具有几毫米(mm)至几十毫米(mm)的高度和直径，但实施方式不限于此。
例如，多孔陶瓷载体4可具有拥有约几百方形单元/平方英寸的蜂窝结构。通过多孔陶瓷载体4的方形单元，含有气态VOC的空气可流入。例如，所述方形单元可具有几百单元/平方英寸(孔/平方英寸，cpsi)的尺寸，但实施方式不限于此。
多孔陶瓷载体4可以大于或等于约50％的量包括氧化镁、氧化硅、和/或氧化铝。多孔陶瓷载体4可进一步包括碱金属氧化物物质。所述碱金属氧化物物质的实例包括Li2O、Na2O、K2O等、或其组合。进一步包括所述碱金属氧化物物质的多孔陶瓷载体4即使在高温下也可保持催化剂过滤器6的形状而没有热变形。多孔陶瓷载体4可为单叠层(单层压板，single laminate)、多层叠层(多层层压板)、或单个结构。
根据另一实施方式的催化剂模块可包括：所述催化剂过滤器；和能量供应源，其中所述能量供应源向所述催化剂过滤器供应能量用于催化剂活化。例如，所述能量供应源可设置在所述催化剂过滤器上用于所述催化剂的活化。
所述能量供应源可包括如下的至少一种：光能供应源、电能供应源、离子能供应源、热能供应源、或其组合。所述光能供应源可供应在可见光波长区域到紫外波长区域中的光能。所述离子能供应源可供应等离子体。所述热能供应源可供应红外能量作为热能。所述能量供应源可包括紫外光发射二极管(UV-LED)。例如，所述UV-LED可为紫外A(UVA)LED(UVA-LED)、紫外B(UVB)LED(UVB-LED)、紫外C(UVC)LED(UVC-LED)、或其组合。
图10A为根据一种或多种实施方式的催化剂模块10的示意图。
参考图10A，催化剂模块10包括：其中光催化剂的颗粒或颗粒聚集体覆盖在载体的表面上的催化剂过滤器11；和用于将光照射至催化剂过滤器11用于所述催化剂的活化的光发射体12。光发射体12可包括包含单个光源或多个光源的光源阵列。光发射体12可包括基板、提供在所述基板上的发光器件、以及密封和保护所述发光器件的封装体(封套，capsule)。所述发光器件可为UV-LED，或者可包括UV-LED。所述基板可包括用于控制所述发光器件的运行的控制单元、例如电路单元。所述封装体可形成于所述基板上，并且可被提供以覆盖在所述基板上的整个发光器件。所述封装体可由对于从所述发光器件发射的光是透明的材料形成。催化剂模块10可进一步包括循环风扇3，循环风扇3朝着其上设置光发射体12的催化剂过滤器11的相反的表面设置。光发射体12和循环风扇3可连接至电源(未示出)。当催化剂模块10运行时，光发射体12在催化剂过滤器11的面对光发射体12的表面上发射光，并且催化剂过滤器11吸收发射的光以在所述表面上形成活化的光催化剂层。活化的催化剂层可通过如参照图1A描述的氧化/还原反应分解和除去VOC。
图10B为图10A的催化剂模块可安装于其中的腔室的示意图。图10B显示催化剂模块10可安装于其中的腔室，其中气体入口1和气体出口2分别安装在一侧和与所述一侧平行的另一侧上，并且循环风扇3位于气体出口2安装于其处的所述另一侧上。
图11为根据一种或多种实施方式的空气净化***的示意图。
参考图11，所述空气净化***包括：用于供应含有一种或多种气态VOC的空气的供应器40；和安装有所述催化剂模块的空气净化器50，其从由供应器40供应的空气基本上分解和基本上除去所述一种或多种VOC，并且排出从其基本上分解和基本上除去所述一种或多种气态VOC的净化的空气。所述空气净化***可进一步包括用于鉴定存在于空气净化器50中的所述一种或多种气态VOC和所述一种或多种气态VOC的浓度的分析器60。为了循环，分析器60可连接至空气净化器50。空气净化器50可对应于图10B的腔室。在一些方面中，所述空气净化***可进一步包括用于鉴定存在于空气净化器50中的至少一种气态VOC和所述至少一种气态VOC的浓度的分析器60。
供应器40可包括：用于直接供应含有VOC的空气的第一供应器；和用于通过将载气和工艺气体混合和气化而供应气态VOC的第二供应器。
所述气态VOC可包括如下的至少一种：气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、气态甲苯、或其组合。
所述第二供应器可包括：用于供应具有恒定浓度的气体的气体供应单元；和用于检测从所述气体供应单元排出的气体流和调节所述气体的量的控制单元。由所述第二供应器供应的气体可包括气态氨、气态乙醛、气态乙酸、气态甲苯、或其组合。
将在下面进一步详细地描述所述第二供应器。
图12为作为图11的供应器的实例的第二供应器的气体供应单元的示意图。
参考图12，第二供应器包括：用于供应具有恒定浓度的反应气体G1的气体供应单元41；和用于通过使用从气体供应单元41供应的反应气体G1进行预定的工艺的工艺单元20。在一种或多种实施方式中，气体供应单元41可通过使用固体型反应物M而供应气体型反应气体G1。
工艺单元20可为能够通过接收来自气体供应单元41的反应气体G1而进行物理和化学工艺的任何装置。在一种或多种实施方式中，工艺单元20可用在接收具有恒定浓度的反应气体G1以进行半导体制造工艺或显示器制造工艺诸如蚀刻工艺或沉积工艺的制造装置中。另外，工艺单元20可用在接收具有恒定浓度的反应气体G1以确认污染物的除去程度诸如污染物的除去的实验装置中。然而，所述实施方式不限于此，且工艺单元20可应用于能够在接收具有恒定浓度的反应气体G1之后进行随后的工艺的任何装置。
为了向如上所述的工艺单元20持续地供应具有恒定浓度的气体型反应气体G1，所述气体供应单元可容纳具有恒定浓度的气体型反应性气体G1。在此情况下，由于容纳在所述气体供应单元中的反应气体G1的形式为气体型，因此气体供应单元的体积可快速增加。由于根据一种或多种实施方式的气体供应单元41中容纳的反应物M为固体形式，因此气体供应单元41的总体积可减小。同时，在将固体型反应物M转化为气体型反应气体G1的工艺中从气体供应单元41排出的反应气体G1的浓度可不为恒定的。为了将固体型反应物M转化为气体型反应气体G1和保持从气体供应单元排出的反应气体G1的恒定浓度，可利用图13的气体供应单元。
参考图13和14，根据一种或多种实施方式的气体供应单元包括：容纳固体形式的反应物M的反应器100；用于向反应物M施加热的加热器110；用于将反应气体G1排出到工艺单元的气体排出单元130；载气供应单元200；用于向反应器100施加预定的泵送压力的气泵320；工艺气体供应单元400；控制单元500；和浓度测量单元600。
反应器100可为容纳反应物M和对于通过使用固体形式的反应物M产生气体形式的反应气体G1提供空间的容纳单元。在一种或多种实施方式中，容纳在反应器100中的固体形式的反应物M可为能够通过由加热器110供应的热而被气化的任何材料。根据一种或多种实施方式的反应物M可以粉末形式提供以被容易地气化。例如，反应物M可为如下的任一种：粉末形式的多聚(ρ)-甲醛、固相挥发性材料、和液相挥发性材料。反应气体G1可在其处排出的气体排出单元130可设置在反应器100的上部部分上。另外，在反应器100的侧表面上，设置泵送气体可分别通过其流入或流出的下面将描述的泵送气体入口单元310和泵送气体出口单元340。然而，实施方式不限于此，并且气体排出单元130、泵送气体入口单元310、和泵送气体出口单元320的布置可取决于反应气体G1和泵送气体的类型而改变。
加热器110可为用于通过向反应物M施加热而将反应物M变为反应气体G1的加热源。在一种或多种实施方式中，加热器110可设置在反应器100的下部部分上，并且反应物M可设置在加热器110的上部部分上。例如，加热器110可为能够向设置在加热器110的上部部分上的反应物M均匀地施加热的热板。然而，实施方式不限于此，并且可设置能够向反应物M施加热的任何加热装置。可通过下面将描述的控制单元500控制根据一种或多种实施方式的加热器110的加热。
载气供应单元200可供应用于将从反应器100排出的反应气体G1转移到工艺单元的载气G2。根据一种或多种实施方式的载气G2可包括不与反应气体G1化学地反应的惰性气体。例如，载气G2可包括如下的一种或多种：氮气、氧气、空气、或其组合。如图14中所示，载气G2可通过其流入的载气入口单元210可设置在反应器100的上部部分上。用于阻断和释放载气G2的供应的第一开/关阀710可设置于载气供应单元200和载气入口单元210之间。第一开/关阀710的打开和关闭可通过下面将描述的控制单元500控制。例如，当通过使用加热器110向反应物M施加热时，第一开/关阀710可被控制为关闭，直至反应气体G1的浓度超过预定的目标浓度。在反应气体G1的浓度超过预定的目标浓度时，可打开第一开/关阀710。这里，载气G2可流入反应器100中。
气泵320可向反应器100施加预定的泵送压力。在一种或多种实施方式中，气泵320可通过向反应器100施加预定的泵送压力而相对均匀地调节设置在反应器100内的反应气体G1的浓度。根据一种实施方式，如图14中所示，加热器110设置在反应器100的下部部分处，并且固体形式的反应物M可接收来自加热器110的热。因此，在反应器100的下部部分中感测的反应气体G1的浓度可高于在反应器100的上部部分中感测的反应气体G1的浓度。这里，通过气体排出单元130排出的反应气体G1的浓度可不为恒定的。
根据一种或多种实施方式的气泵320可通过向反应器100的上部部分施加泵送压力而使反应气体G1循环。这里，在反应气体G1在其处循环的所述上部部分中，反应气体G1的浓度可为相对均匀的。例如，反应器100的内部可划分为具有反应气体的非均匀的浓度的区域A1和具有反应气体的均匀的浓度的区域A2。
在一种或多种实施方式中，如图14中所示，在反应器100上，可设置从气泵320供应的泵送气体在其处流入的泵送气体入口单元310和泵送气体在其处流出的泵送气体出口单元340。这里，泵送气体出口单元340可设置在从反应器100的下表面起的第一高度H1处，且加热器110可设置在从反应器100的下表面起的第二高度H2处，其中第一高度H1可设置成超过第二高度H2。因此，在直到泵送气体出口单元340设置在其处的第一高度H1的区域中，可形成具有反应气体的非均匀的浓度的区域A1。即，在具有反应气体的非均匀的浓度的区域A1中，固体形式的反应物M可通过接收热而转化为反应气体G1，且因此反应气体G1的浓度可取决于位置而改变。同时，在超过泵送气体出口单元340设置在其处的第一高度H1的区域中，可形成具有反应气体的均匀的浓度的区域A2。即，在具有反应气体的均匀的浓度的区域A2中，反应气体G1可通过由气泵320施加的泵送压力循环，使得反应气体G1的浓度可根据位置而被保持为相对均匀的。因此，具有恒定浓度的反应气体G1可通过设置在具有反应气体的均匀的浓度的区域A2中的气体排出单元130排出。
另外，参考图13，根据一种或多种实施方式，气泵320的泵送压力可通过控制单元500控制。在一种或多种实施方式中，控制单元500可在从下面将描述的浓度测量单元600接收反应气体G1的确认浓度之后根据反应气体G1的浓度的变化调节泵送压力。例如，当从反应器100排出的反应气体G1的浓度改变时，控制单元500提高泵送压力以增加反应气体G1的循环，由此不断地调节反应气体G1的浓度。
工艺气体供应单元400可另外供应工艺气体G3，其与从反应器100排出的反应气体G1混合。根据一种或多种实施方式的工艺气体G3可包括不与反应气体G1或工艺单元20中使用的任何其它工艺气体化学地反应的惰性气体。例如，工艺气体G3可包括如下的一种或多种：氮气、氧气、空气、或其组合。工艺气体G3可布置为与反应气体G1在反应器100外部混合。可对于工艺气体供应单元400设置用于阻断和释放工艺气体G3的供应的第二开/关阀720。根据一种或多种实施方式的第二开/关阀720的打开/关闭可通过下面将描述的控制单元500控制。
控制单元500为控制加热器110和气泵320的运行并且能够控制用于阻断和释放第一至第三开/关阀710、720、和730的时间的控制装置。在一种或多种实施方式中，控制单元500可包括用户界面，其包括用于控制气体供应单元41的总体功能和运行的处理器、用于气体供应单元41的运行的程序、其中存储运行所需的数据的存储器、以及输入单元和输出单元。
浓度测量单元600为能够在测量从反应器100排出的反应气体G1的浓度之后将反应气体G1的浓度信息传送至控制单元500的测量装置。这里，反应气体G1的浓度信息指的是在通过气体排出单元130的所有气体之中从反应物M气化的气体的形式的反应气体G1的浓度信息。对于浓度测量单元600可使用能够测量气体形式的反应气体G1的浓度的任何测量装置。
运行根据一种或多种实施方式的包括气体供应单元的第二供应器的方法如下。
根据一种或多种实施方式，包括固体型挥发性材料和液体型挥发性材料的至少一种的反应物M可设置在反应器100内。例如，加热器110可设置在反应器100下方，并且反应物M可设置在加热器110上方。设置在反应器100中的固体形式的反应物M可为能够通过接收来自加热器110的热而气化的任何材料。根据一种或多种实施方式的反应物M可以粉末形式提供以被容易地气化。例如，反应物M可为粉末形式的ρ-甲醛。
接着，可向反应物M施加热以产生反应气体G1。例如，当通过使用加热器110向固体形式的反应物M施加热时，固体形式的反应物M可被气化以产生气体形式的反应气体G1。这里，反应器100的内部可被密封，直至反应气体G1的浓度超过目标浓度。例如，连接至载气供应单元200的第一开/关阀710、连接至工艺气体供应单元400的第二开/关阀720、和连接至工艺单元20的第三开/关阀730全部可通过控制单元500控制为阻断。
接着，载气G2可被供应到反应器100中。例如，当反应气体G1的浓度超过目标浓度时，载气G2可被供应到反应器100中。在一种或多种实施方式中，连接至载气供应单元200的第一开/关阀710的阻断可通过控制单元500打开，且因此，载气G2可被供应到反应器100中。根据一种或多种实施方式的载气G2可包括不与反应气体G1化学地反应的惰性气体。例如，载气G2可包括氮气、氧气和空气的一种或多种。
接着，通过运行气泵320，泵送压力可被施加到反应器100中。在一种或多种实施方式中，加热器110可设置在反应器100下方，并且固体形式的反应物M可接收来自加热器110的热。因此，在反应器100的下部部分中感测的反应气体G1的浓度可高于在反应器100的上部部分中感测的反应气体G1的浓度。这里，通过气体排出单元130排出的反应气体G1的浓度可不为恒定的。根据一种或多种实施方式的气泵320可通过向反应器100的上部部分施加泵送压力而使反应气体G1循环。因此，在反应气体G1在其处循环的上部部分中，反应气体G1的浓度可被控制为相对恒定的。
接着，可测量反应气体G1的浓度。在一种或多种实施方式中，浓度测量单元600可测量从反应器100排出的反应气体G1的浓度。这里，通过浓度测量单元600测量的目标浓度为通过将反应物M气化而产生的反应气体G1的浓度。当反应气体G1的浓度保持基本上等于目标浓度时，浓度测量单元600可将反应气体G1的浓度信息传送至控制单元500。这里，控制单元500可将控制信号传输至气泵320以恒定地保持气泵320的泵送压力。另外，从反应器100排出的反应气体G1可被转移到工艺单元20。
接着，可根据反应气体G1的浓度的变化调节泵送压力。在一种或多种实施方式中，当从反应器100排出的反应气体G1的浓度变为不同于目标浓度时，浓度测量单元600可将反应气体G1的浓度信息传送至控制单元500。这里，控制单元500可将控制信号传输至气泵320以改变气泵320的泵送压力。例如，当反应气体G1的浓度不是恒定的时，控制单元500可控制气泵320以提高气泵320的泵送压力。
接着，可供应工艺气体G3。在一种或多种实施方式中，可另外供应工艺气体G3，其与从反应器100排出的反应气体G1混合。根据一种或多种实施方式的工艺气体G3可包括不与反应气体G1或工艺单元20中使用的任何其它工艺气体化学地反应的惰性气体。例如，工艺气体G3可包括如下的一种或多种：氮气、氧气、空气、或其组合。用于阻断和释放工艺气体G3的供应的第二开/关阀720可设置在工艺气体供应单元400中。取决于工艺气体G3的需要，控制单元500可控制第二开/关阀720的打开/关闭。
接着，反应气体G1可被转移至工艺单元20。在一种或多种实施方式中，具有恒定浓度的反应气体G1可被转移至工艺单元20。因此，工艺单元20可通过使用反应气体G1进行预定的工艺。
分析器60的实例包括IR分析器、光谱仪等。
关于根据一种或多种实施方式的空气净化***，当在23℃和45±5％的相对湿度下测量时，根据方程3，气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、和气态甲苯的除去效率可大于或等于约80％。例如，当在23℃和45±5％的相对湿度下测量时，根据方程3，对于气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、和气态甲苯的至少一种的除去效率可大于或等于约80％。在一些实施方式中，当在23℃和45±5％的相对湿度下测量时，根据方程3，对于气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、和气态甲苯各自的除去效率可大于或等于约80％。这可通过下文将描述的评价实施例4确认。
下文中，将进一步详细地描述实施例和对比例。然而，实施例仅用于说明性目的且不意图限制本主题的范围。
实施例
实施例1：Cu2O/TiO2光催化剂
通过使用浸渍方法，如下合成Cu2O/TiO2光催化剂。
首先，基于100重量份的TiO2(ST-01，ISHIHARASANGYO KAISHA,LTD.)，将0.5重量份的CuCl2与TiO2混合并且在90℃下对其进行双重浴处理1小时以获得含有CuO/TiO2的溶液。
将葡萄糖和NaOH添加至含有CuO/TiO2的溶液，其中含有CuO/TiO2的溶液中的Cu、葡萄糖和NaOH的摩尔比为1:4:4，并且在90℃下对其进行双重浴处理1小时以获得含有Cu2O/TiO2的溶液。
将所述含有Cu2O/TiO2的溶液在烘箱中在110℃下干燥过夜，并且将干燥的产物用研钵研磨以制备Cu2O/TiO2光催化剂。
实施例2-7:Cu2O/TiO2光催化剂
各自以与实施例1中类似的方式制备Cu2O/TiO2光催化剂，除了如下之外：基于100重量份的TiO2(ST-01，ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.)，将1重量份(实施例2)、2重量份(实施例3)、3重量份(实施例4)、4重量份(实施例5)、5重量份(实施例6)、或10重量份(实施例7)的CuCl2各自混合以制备Cu2O/TiO2催化剂。
对比例1：TiO2光催化剂
准备TiO2(ST-01，ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.)光催化剂。
对比例2：CuO/TiO2光催化剂
基于100重量份的TiO2(ST-01，ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.)，混合0.5重量份的CuCl2并且在90℃下对其进行双重浴处理1小时以获得含有CuO/TiO2的溶液。
将所述含有CuO/TiO2的溶液在烘箱中在110℃下干燥过夜，并且将干燥的产物用研钵研磨以制备CuO/TiO2光催化剂。
对比例3：CuO/TiO2光催化剂
以与实施例1中相同的方式制备CuO/TiO2光催化剂，除了如下之外：使用100重量份的TiO2(P25，PlasmaChem GmbH)代替TiO2(ST-01，ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.)。
分析实施例1：XPS分析
进行XPS试验以确认实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂中的铜的氧化值。通过使用Quantum 2000(Physical Electronics.Inc.)进行XPS试验。XPS分析结果示于图2中。
参考图2，证实，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂与Cu2O峰一致，Cu2O峰表明在约933eV的结合能处的Cu2p峰且具有+1的氧化值。
分析实施例2：发射光谱和紫外(UV)-可见光谱(Kubelka-Munk函数)的分析
测量实施例1以及对比例1和2的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂的发射光谱，并且在将实施例1-7和对比例1的Cu2O/TiO2和TiO2光催化剂的粉末加压固定到支架上之后测量其紫外-可见光谱。分别用FluoroMax(由HORIBA Inc.制造)和UV-2600i(由SHIMADZUInc.制造)记录发射光谱和紫外-可见光谱。所述发射光谱的分析结果示于图3中。将通过所述紫外-可见光谱的分析获得的对于各波长的吸光度代入Kubelka-Munk方程中，且结果示于图4中。
参考图3，分别与对比例1和的TiO2和CuO/TiO2光催化剂的发射强度相比，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂具有最低的发射强度。该结果证明，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂具有改善的通过光产生的电子的吸收率，使得吸收的电子和空穴的复合减少。
参考图4，实施例1-7的Cu2O/TiO2光催化剂在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度遍及整个波长区域比对比例1的TiO2光催化剂在该波长区域中的吸光度大。在这些光催化剂之中，实施例4的Cu2O/TiO2光催化剂在约200nm至约600nm的波长区域中具有最高的吸光度。
另外，对于实施例1-7的Cu2O/TiO2光催化剂和对比例1的TiO2光催化剂的吸光度值的具体比较，实施例和对比例的各光催化剂在各波长范围处的吸光度值全部被总结(求和)且其平均值被用于比较。
实施例1-7的Cu2O/TiO2光催化剂在约200nm至约600nm的波长区域中的吸光度值比对比例1的TiO2光催化剂在该相同的波长区域中的吸光度值大了至少约40％。实施例1-7的Cu2O/TiO2光催化剂在约200nm至约400nm的波长区域中的吸光度值比对比例1的TiO2光催化剂在相同的波长区域中的吸光度值大了至少约30％。
进一步详细地，在作为代表性的紫外光的UV-C的254nm的波长处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂各自的测量的吸光度值为47.519任意单位，并且在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的测量的吸光度值为36.802任意单位。
即，在紫外光的254nm的波长(即，UV-C光)处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂的吸光度值比在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的吸光度值大了至少约30％。
在作为代表性的紫外光的UV-B的320nm的波长处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂各自的测量的吸光度值为33.33任意单位，并且在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的测量的吸光度值为21.336任意单位。
即，在紫外光的320nm的波长(即，UV-B光)处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂的吸光度值比在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的吸光度值大了约56％。
在作为代表性的紫外光的UV-A的365nm的波长处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂各自的测量的吸光度值为4.993任意单位，并且在该相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的测量的吸光度值为1.364任意单位。
即，在紫外光的365nm的波长(即，UV-A光)处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂的吸光度值比在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的吸光度值大了约260％。
在代表性的可见光的420nm的波长处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂各自的测量的吸光度值为1.775任意单位，并且在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的测量的吸光度值为0.021任意单位。
即，在可见光的420nm的波长处，实施例3的Cu2O/TiO2光催化剂的吸光度值比在相同的波长处对比例1的TiO2光催化剂的吸光度值大了约8350％。
分析实施例3：载体的比表面积的分析
为了计算各自浸在实施例1的ST-01和对比例3的P25中的Cu2O/TiO2催化剂的比表面积，在于真空下在150℃下脱气24小时之后进行氮气吸附试验。在氮气吸附试验中，使氮气吸附到实施例和对比例的催化剂粉末和从其解吸，并且基于吸附的氮气和解吸的氮气的量的差异，计算各催化剂的比表面积。作为氮气吸附装置，使用BEL Company的BELSORP-max。根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法，基于通过氮气吸附试验获得的N2吸附-解吸等温线计算在0和1.0之间的相对氮气压力范围(ρ/ρ0)内的比表面积。结果示于图5中。
参考图5，实施例1的其中铜浸在TiO2(ST-01)中的催化剂(Cu2O/ST-01)的表面积为约230m2g-1，且对比例3的其中铜浸在TiO2(P25)中的催化剂(Cu2O/P25)的表面积为约33m2g-1，显示比表面积的7倍的差异。由于催化剂主要在其表面上反应，因此认为催化剂的比表面积越大，在催化剂的表面上的反应面积越大。
评价实施例1：光电流密度和电荷载流子密度的评价
评价实施例1以及对比例1和2的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂的光电流密度和电荷载流子密度。结果分别示于图6和7中。
将实施例和对比例的光催化剂各自浸在0.1摩尔浓度(M)磷酸盐缓冲溶液中，并且在相对于Ag/AgCl的0.5V的电位下使用具有365nm的波长的LED灯以50毫瓦/平方厘米(mW/cm2)的强度进行辐射约20秒至约30秒、约60秒至约70秒、和约100秒至约110秒。然后，测量在紫外线的辐射之前/之后的光电流密度。
参考图6，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的光电流密度分别大于对比例1和2的TiO2光催化剂和CuO/TiO2光催化剂的光电流密度。
在所述光催化剂之中，实施例1以及对比例1和2的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2催化剂在约100秒至约110秒的辐射下的平均光电流密度分别为25.29μA/cm2、8.32μA/cm2、和13.03μA/cm2。即，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂在约100秒至约110秒的辐射下的平均光电流密度比对比例1的TiO2光催化剂在相同条件下的平均光电流密度大了约200％。
另外，当将实施例和对比例的光催化剂各自浸在0.1M磷酸盐缓冲液中并且向其施加在约-0.5V至约2.0V(相对于Ag/AgCl)的范围内的电位时，根据方程1获得光催化剂的电荷载流子密度：
方程1
在方程1中，ND表示电荷载流子密度(cm-3)，Csc表示空间电荷容量(Fcm-2)，e表示元电荷(1.602×10-19C)，ε表示电极材料的非介电常数(对于锐钛矿型TiO2为48)，ε0表示真空电容率(8.85×10-12N-1C2 m-2)，Es表示施加的电位(V)，EFB表示平带电位(V)，k表示玻尔兹曼常数(1.38×10-23J K-1)，T表示绝对温度(K)。
参考图7，实施例1以及对比例1和2的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂的电荷载流子密度分别为3.06×1020/cm3、1.73×1020/cm3、和2.81×1020/cm3。即，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的电荷载流子密度比对比例1的TiO2光催化剂的电荷载流子密度大了约80％。
评价实施例2：阻抗评价
对于实施例1以及对比例1和2的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂，通过使用恒电位仪(由WonATech.Inc.制造)根据2探针方法测量阻抗。这里，频率范围在约0.1兆赫兹(MHz)和约0.1Hz之间。通过阻抗测量获得的奈奎斯特图示于图8中。
参考图8，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的阻抗分别小于对比例1和2的TiO2光催化剂和CuO/TiO2光催化剂的阻抗。
评价实施例3：气态VOC的分解效率的评价
对于实施例1以及对比例1和2的Cu2O/TiO2、TiO2、和CuO/TiO2光催化剂，评价气态VOC的分解效率。结果示于图16中。
如下进行气态VOC的分解效率的评价。
如图15中所示，将光催化剂粉末520加压固定到反应器中的具有2×2cm2的尺寸的支架上，然后通过气体入口510以1升/分钟(L/min)的速度持续地注入具有N2 80％和O220％的组成的空气。同时，通过气体入口510持续地注入20百万分率(ppm)的气态VOC(即，气态甲醛)。然后，在用石英覆盖反应器以密封之后，用UV-LED灯530将光照射到其上以在流动***中测量向CO2的转化浓度。之后，根据方程2评价气态VOC的分解效率：
方程2
分解效率(％)＝{(转化的CO2的浓度)/(VOC的初始浓度)×100％}。
参考图16，在对于一种情况的23℃的温度和0％的相对湿度(RH)以及对于另一种情况的23℃的温度和50％的RH的环境中，通过实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的气态VOC的分解效率分别为88％和93％。与通过对比例1和2的TiO2和CuO/TiO2光催化剂的气态VOC的分解效率相比，通过实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的气态VOC的分解效率在23℃的温度和0％的RH的环境中大了约8％至约13％并且在23℃的温度和50％的RH的环境中大了约9％至约15％。
因此，证实，在所有环境中，与对比例1和2的TiO2和CuO/TiO2光催化剂相比，实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂对于气态VOC具有优异的分解效率，而不论湿气的存在。
评价实施例4：VOC的除去效率和除去反应速率的评价
对于实施例1和对比例1的Cu2O/TiO2和TiO2光催化剂，评价气态VOC的除去效率(％)和除去反应速率(g-1min-1或min-1)。结果分别示于表1和2中。
如下评价气态VOC的除去效率和除去反应速率。
获得其中实施例和对比例的各光催化剂分散于蒸馏水中的含有光催化剂的水溶液(具有约10％的固含量)。单独地，准备具有7cm×3.5cm×1cm的蜂窝结构的多孔堇青石载体(具有约100cpsi的单元尺寸)。在将所述多孔堇青石载体浸在所述含有光催化剂的水溶液中、随后进行干燥之后，制备由覆盖有所述光催化剂的颗粒或簇的多孔堇青石载体构成的催化剂过滤器，如图9中所示。之后，如图10A中所示，制造催化剂模块10，其包括催化剂过滤器11、UV-A LED灯12(具有约360nm至约365nm的波长)、和循环风扇13。准备安装有气体入口和气体出口的100L腔室，并且将催化剂模块10安装于其中，如图10B中所示。UV-A LED灯12(具有约360nm至约365nm的波长)和循环风扇13各自连接至电源。在保持23℃的温度和45±5％的RH的环境的所述腔室中，通过使用质量流量控制器(MFC)通过所述气体入口以10ppm的浓度和10L/min的载气速率顺序地注入五种不同的气态VOC，即，气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、和气态甲苯。测量这些气态VOC各自的初始浓度，并且在30分钟之后，测量通过光催化反应除去的各气体的浓度。通过将所测量的浓度代入方程3来计算所述五种不同气态VOC各自的除去效率，并且将这些除去效率值的平均值确定为气态VOC的除去效率：
方程3
除去效率(％)＝[{1-(在气体出口处的气态VOC的浓度)/(在气体入口处的气态VOC的浓度)}×100％]。
另外，测量每克光催化剂的VOC除去速率，即，通过实施例1和对比例1的光催化剂的所述五种不同的VOC的除去速率，并将其作为除去反应速率(g-1min-1)表示。
在参考例1中，在腔室中未安装催化剂模块10。对于参考例1的光催化剂，以与以上描述的类似的方式进行测量和评价，除了如下之外：通过测量气态VOC的初始减少速率来设定除去反应速率(min-1)。
表1
表2
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参考表1，通过实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的所述五种气态VOC的平均除去效率(％)为82.4％。通过实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的所述五种气态VOC的平均除去效率(％)比对比例1的TiO2光催化剂和参考例1的光催化剂(其是自然减少的，因为它不包括光催化剂)分别大了12.4％和31％。
参考表2，通过实施例1的Cu2O/TiO2光催化剂的所述五种气态VOC的除去反应速率(g-1min-1)分别大于对比例1的TiO2光催化剂和参考例1的光催化剂(其是自然减少的，因为它不包括光催化剂)。
根据一种或多种示例性实施方式，光催化剂可包括具有第一金属氧化物设置于其上的表面的第二金属氧化物。所述光催化剂可在紫外光和可见光的整个波长区域中具有改善的光的吸收，对于气态VOC具有高的分解效率和高的除去效率而不论湿气的存在，并且与气态VOC具有高的反应速率。因此，所述光催化剂可应用至用于气态VOC的分解和除去的空气净化***。
应理解，本文中描述的示例性实施方式应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。在各示例性实施方式中的特征或方面的描述应典型地被认为可用于其它示例性实施方式中的其它类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一种或多种示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不背离如由所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节方面的多种变化。

Claims (28)

1.光催化剂，包括：
第一金属氧化物；和
第二金属氧化物，
其中所述第一金属氧化物设置在所述第二金属氧化物的表面上，和
其中所述光催化剂在200纳米至600纳米的波长区域中的吸光度比TiO2在200纳米至600纳米的波长区域中的吸光度大了5％至50％。
2.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述光催化剂在200纳米至400纳米的波长区域中的吸光度比TiO2在200纳米至400纳米的波长区域中的吸光度大了30％至400％。
3.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述第一金属氧化物的第一金属具有+1的氧化值。
4.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述第一金属氧化物包括如下的至少一种：铜、铂、金、银、锌、锰、或其组合。
5.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述第一金属氧化物包括如下的至少一种：Cu2O、Pt2O、Au2O、Ag2O、Zn2O、Mn2O、或其组合。
6.如权利要求1所述的光催化剂，其中基于100重量份的所述第二金属氧化物，所述第一金属氧化物的量为0.2重量份至10重量份。
7.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述第二金属氧化物包括如下的至少一种：钛、锌、锆、钽、钨、或其组合。
8.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述第二金属氧化物包括如下的至少一种：TiO2、ZnO、ZrO2、Ta2O5、WO3、或其组合。
9.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物各自独立地为如下的形式：颗粒、线、簇、晶体、或其组合。
10.如权利要求1所述的光催化剂，其中
所述第一金属氧化物由纳米尺寸的一次颗粒组成，和
所述第二金属氧化物由微米尺寸的一次颗粒或如下的二次颗粒组成，所述二次颗粒各自由多个微米尺寸的一次颗粒构成。
11.如权利要求10所述的光催化剂，其中所述第二金属氧化物的比表面积为100平方米/克至500平方米/克。
12.如权利要求1所述的光催化剂，其中响应于具有360纳米至365纳米的波长的辐射，在相对于Ag/AgCl的0.5伏的电位下，所述光催化剂的平均光电流密度为20微安/平方厘米至50微安/平方厘米。
13.如权利要求1所述的光催化剂，其中当在0.1摩尔浓度磷酸盐缓冲溶液中且在相对于Ag/AgCl的-0.5伏至2.0伏的电位下测量时，所述光催化剂的电荷载流子密度为3.0×1020/cm3至4.0×1020/cm3，其通过方程1确定：
方程1
其中，在方程1中，
ND表示电荷载流子密度，以cm-3计，
Csc表示空间电荷容量，以F cm-2计，
e表示元电荷，
ε表示电极材料的非介电常数，
ε0表示真空电容率，
Es表示施加的电位，以V计，
EFB表示平带电位，以V计，
k表示玻尔兹曼常数，和
T表示绝对温度，以K计。
14.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述光催化剂用于气态挥发性有机化合物的分解和除去。
15.如权利要求1所述的光催化剂，其中所述光催化剂具有：
当在23℃和0％的相对湿度下测量时，根据方程2的大于或等于85％的对于气态挥发性有机化合物的分解效率，和
当在23℃和50％的相对湿度下测量时，根据方程2的大于或等于90％的对于气态挥发性有机化合物的分解效率：
方程2
分解效率(％)＝{(转化的CO2的浓度)/(气态挥发性有机化合物的初始浓度)×100％}。
16.催化剂过滤器，包括：
多孔陶瓷载体；和
设置在所述多孔陶瓷载体的表面上的如权利要求1-15任一项所述的光催化剂。
17.如权利要求16所述的催化剂过滤器，其中所述多孔陶瓷载体具有蜂窝结构。
18.如权利要求16所述的催化剂过滤器，其中所述多孔陶瓷载体为单叠层或多层叠层。
19.催化剂模块，包括：
如权利要求16-18任一项所述的催化剂过滤器；和
能量供应源，
其中所述能量供应源向所述催化剂过滤器供应能量用于催化剂活化。
20.如权利要求19所述的催化剂模块，其中所述能量供应源包括如下的至少一种：光能供应源、电能供应源、离子能供应源、或热能供应源。
21.如权利要求19所述的催化剂模块，其中所述能量供应源包括紫外光发射二极管。
22.如权利要求19所述的催化剂模块，进一步包括循环风扇。
23.空气净化***，包括：
供应包括气态挥发性有机化合物的空气的供应器；和
包括如权利要求19-22任一项所述的催化剂模块的空气净化器，
其中所述空气净化***从由所述供应器供应的空气基本上分解和基本上除去所述气态挥发性有机化合物，并且排出从其基本上分解和基本上除去所述气态挥发性有机化合物的净化的空气。
24.如权利要求23所述的空气净化***，进一步包括分析器，所述分析器鉴定存在于所述空气净化器中的所述气态挥发性有机化合物和所述气态挥发性有机化合物的浓度。
25.如权利要求23所述的空气净化***，其中所述空气净化器进一步包括：
包括气体入口和气体出口的主体，
其中所述气体入口设置在第一侧表面上并且所述气体出口设置在与所述第一侧表面平行的第二侧表面上；和
设置在所述主体中的催化剂模块。
26.如权利要求23所述的空气净化***，其中所述供应器包括：
用于直接供应所述气态挥发性有机化合物的第一供应器；和
用于通过如下供应所述气态挥发性有机化合物的第二供应器：将载气和工艺气体混合并且使混合物气化。
27.如权利要求23所述的空气净化***，其中所述气态挥发性有机化合物包括如下的至少一种：气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、气态甲苯、或其组合。
28.如权利要求23所述的空气净化***，其中当在23℃和45±5％的相对湿度下测量时，根据方程3，对于气态挥发性有机化合物的除去效率大于或等于80％：
方程3
除去效率(％)＝[{1-(在气体出口处的气态挥发性有机化合物的浓度)/(在气体入口处的气态挥发性有机化合物的浓度)}×100％]，
其中所述气态挥发性有机化合物选自气态甲醛、气态氨、气态乙醛、气态乙酸、和气态甲苯。
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