(57)【要約】  本明細書では、第１のｎ型半導体と第２のｎ型半導体との混合物を含む異種材料について記載されている。第１のｎ型半導体は、単相又は複数相のＴｉＯ2材料であってもよい。第２のｎ型半導体は、金属チタン酸塩及び／又は貴金属を含む。紫外線で活性化すると、本明細書に記載の光触媒材料混合物は、揮発性化学化合物を効率的に分解する。さらに、本明細書に開示される光触媒材料は、公知の半導体材料と比較して、堆積による不活性化に対して明らかに安定である。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒材料であって、以下を含む：
（ａ）第１のｎ型半導体、及び、
（ｂ）第１のｎ型半導体が約４０ｗｔ％〜６０ｗｔ％の光触媒材料を含み、第２のｎ型半導体が、第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体が約１００ｗｔ％の光触媒材料を含むように、約６０重量％〜４０重量％の光触媒材料を含む、第２のｎ型半導体。
【請求項２】
前記第１のｎ型半導体は、複数相のｎ型半導体である、請求項１に記載の光触媒材料。
【請求項３】
前記複数相のｎ型半導体は、アナターゼ相にＴｉＯ２を含み、ルチル相にＴｉＯ２を含む、請求項１又は２に記載の光触媒材料。
【請求項４】
前記複数相のｎ型半導体は、約８３％のアナターゼ相ＴｉＯ２及び約１７％のルチル相ＴｉＯ２を含む、請求項２に記載の光触媒材料。
【請求項５】
前記第１のｎ型半導体は、単相のｎ型半導体である、請求項１に記載の光触媒材料。
【請求項６】
前記単相のｎ型半導体は、少なくとも約９０％のアナターゼ相のＴｉＯ２を含む、請求項１又は５に記載の光触媒材料。
【請求項７】
前記単相のｎ型半導体は、少なくとも約９５％のアナターゼ相ＴｉＯ２を含む、請求項１、５、又は６に記載の光触媒材料。
【請求項８】
第２のｎ型半導体は、式Ｋ２ＴｉｎＯ（２ｎ＋１）（式中、ｎは２、４、６又は８である）のチタン酸カリウムを含む、請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の光触媒材料。
【請求項９】
前記チタン酸カリウムは、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９を含む、請求項８に記載の光触媒材料。
【請求項１０】
前記チタン酸カリウムは、Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３を含む、請求項８に記載の光触媒材料。
【請求項１１】
前記第２のｎ型半導体は、貴金属をさらに含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載の光触媒材料。
【請求項１２】
前記貴金属は、銀、金、又は白金を含む、請求項１１に記載の光触媒材料。
【請求項１３】
前記貴金属は、白金である、請求項１１に記載の光触媒材料。
【請求項１４】
前記貴金属は、約０．００１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の量で第２のｎ型半導体中に存在する、請求項１１、１２、又は１３に記載の光触媒材料。
【請求項１５】
前記貴金属は、約０．０７５ｗｔ％〜約０．３５ｗｔ％の量で第２のｎ型半導体中に存在する、請求項１４に記載の光触媒材料。
【請求項１６】
揮発性化合物を分解する方法であって、前記揮発性化合物は請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載の光触媒材料に曝露され、前記光触媒材料は紫外線源で活性化される、方法。
【請求項１７】
前記紫外放射源は、約３００ｎｍ〜約４２０ｎｍの間の波長域及び約１５ｍＷ／ｃｍ２の出力を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記紫外放射源は、約３６５ｎｍの波長及び約５０ｍＷ／ｃｍ２の出力を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
揮発性化合物はトルエンであり、光触媒材料は２時間の暴露でトルエンの少なくとも８５％を分解する、請求項１６、１７、又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記光触媒材料が、トルエン暴露の少なくとも３サイクルにわたって一定レベルの活性を維持する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１８年６月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／６９０，７７７号、及び、０１８年８月３０日に出願された６２／７２５，１０４号の利益を主張し、その全体が参照により組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、紫外線活性化光触媒応用において有用な不均一ｎ型半導体材料を記載する。
【背景技術】
【０００３】
二酸化チタン（ＴｉＯ２）及び他のチタン系半導体は、光触媒特性を有する。これらの材料を活性化するのに必要なエネルギーは、通常、電磁スペクトルの紫外線領域にある。Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９等の紫外活性光触媒材料は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）よりも高い酸化還元電位を有することができる。このように、活性化された光触媒は、トルエン等のＶＯＣをＣＯ２やＨ２Ｏに酸化分解することができるが、これはＶＯＣ物質と比較して、光触媒材料のバンドギャップが広く及び／又は価電子バンドの位置が深いためであると考えられる。しかしながら、多くのチタン系光触媒材料は、ＶＯＣの完全な酸化分解に必要な所望のレベルの光触媒活性を示さない。さらに、多くのチタン系光触媒は、チタン系光触媒の失活の原因であると考えられる光触媒作用中の表面炭化の欠点を有する。これらの欠点のために、これらの材料は、空気の処理において微量のＶＯＣを除去するために広く探求されていない。
【０００４】
揮発性有機化合物の分解のための改良された光触媒が必要とされている。また、改善された耐久性を有する光触媒材料が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、第１のｎ型半導体と第２のｎ型半導体との混合物を含む光触媒材料に関する。いくつかの実施形態では、第１のｎ型半導体が複数相のｎ型半導体とすることができる。複数相のｎ型半導体は、アナターゼ相及びルチル相のｎ型半導体を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数相のｎ型半導体は、８３％アナターゼ相ＴｉＯ２及び１７％ルチル相ＴｉＯ２、例えば、Ｐ２５（エボニック）であり得る。いくつかの実施形態では、単相のｎ型半導体は、アナターゼ相のｎ型半導体、例えば、ＳＴ−０１とすることができる。いくつかの実施形態は、式Ｋ２ＴｉｎＯ（２ｎ＋１）を有する混合チタナイトを含む第２のｎ型半導体を含む。ここで、ｎ＝２、４、６、又は８である。いくつかの実施形態では、第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体は、第１のｎ型半導体の重量比が約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、第２のｎ型半導体の重量比が約６０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％存在する。いくつかの実施形態では、半導体は、個別の粒子の物理的混合物であってもよい。いくつかの実施形態では、光触媒材料は、貴金属をさらに含むことができる。いくつかの実施態様において、第２のｎ型半導体は、貴金属でドープされる。いくつかの実施形態では、貴金属は、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、オスミウム、白金又は金であってもよい。いくつかの実施形態では、貴金属の重量比は、約０．００１ｗｔ％〜約１．０ｗｔ％とすることができる。
【０００６】
２つのｎ型半導体の混合物は、ＴｉＯ２自身の価電子バンドよりも深い価電子バンドを有することができ、半導体は、互いに電荷担体連絡するために物理的に又は化学的に接している。これらの半導体材料は、光触媒材料の紫外線活性を高めるために及び／又は耐久性を改善するために（すなわち、経時的に光触媒活性を維持するために）使用することができる。光触媒材料は、抗菌（明暗）活性、抗ウイルス活性、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の分解及び／又は水溶液中の色素変色を有する及び／又は増強するために有用である。
【０００７】
そのような光触媒材料のいくつかは、（ａ）第１のｎ型半導体と、（ｂ）第２のｎ型半導体とを含み、第１のｎ型半導体は約４０ｗｔ％〜６０ｗｔ％の光触媒材料を含み、第２のｎ型半導体は第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体が約１００ｗｔ％の光触媒材料を含むように、約６０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の光触媒材料を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態は、本開示の光触媒半導体を利用して揮発性化学化合物又はＶＯＣを分解する方法を含み、紫外線源で活性化されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の光触媒は、当技術分野で公知の半導体と比較して、改善された性能及び／又は改善された安定性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、種々の材料の価電子エネルギーバンドを有する伝導エネルギーバンド間の関係を示す概略図である。
【図１Ａ】図１Ａは、種々の材料の価電子エネルギーバンドを有する伝導エネルギーバンド間の関係を示す概略図である。
【図２】図２は、ガストルエン含有量に対するＣＥ−１（Ｐ２５のみ）の紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図３】図３は、ガストルエン含有量に対するＣＥ−１（Ｐ２５のみ）の紫外線活性化光触媒活性を経時的に示す別のグラフである。
【図４】図４は、Ｅｘ−Ａ（５０ｗｔ％Ｐ２５：５０ｗｔ％非ドープ混合チタン酸塩）の、ガストルエン含有量に対する紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図５】図５は、Ｅｘ−２（５０ｗｔ％Ｐ２５：５０ｗｔ％混合チタン酸塩：０．０７５ｗｔ％Ｐｔ）のガストルエン含有量に対する紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図６】図６は、Ｅｘ−２（５０ｗｔ％Ｐ２５：５０ｗｔ％混合チタン酸塩：０．１５０ｗｔ％Ｐｔ）のガストルエン含有量に対する紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図７】図７は、Ｅｘ−２（５０ｗｔ％Ｐ２５：５０ｗｔ％混合チタン酸塩：０．０７５ｗｔ％Ｐｔ）のガストルエン含有量に対する紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図８】図８は、Ｅｘ−２（５０ｗｔ％Ｐ２５：５０ｗｔ％混合チタン酸塩：０．０７５ｗｔ％Ｐｔ）のガストルエン含有量に対する紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図９】図９は、ロクタイトＵＶ源のＵＶ発光スペクトルを示すグラフである。
【図１０】ＵＶ発光ダイオード光源のＵＶ発光スペクトルを示すグラフである。
【図１１】図１１は、ガストルエン含有量に対するＣＥ−１（Ｐ２５）の紫外線活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図１２】図１２は、気体ＣＯ２含有量に対するＣＥ−１（Ｐ２５）の紫外活性化光触媒活性を経時的に示すグラフである。
【図１３】図１３は、Ｅｘ−ＡＣ（５０ｗｔ％Ｐ２５：５０ｗｔ％混合チタン酸塩：０．３４８ｗｔ％Ｐｔ）の紫外線活性化光触媒活性を、ガストルエン含有量に対して経時的に示すグラフである。
【図１４】図１４は、経時的な気体ＣＯ２含有量に対するＥｘ−ＡＣ（５０ｗｔ％のＰ２５：５０ｗｔ％の混合チタン酸塩：０．３４８ｗｔ％のＰｔ）の紫外線活性化光触媒活性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（詳細な説明）
紫外線によって活性化されるｎ型半導体の混合物を含む光触媒材料を本明細書に記載する。一部の実施形態は、第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体を含む不均質材料を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される光触媒材料は、抗菌活性、抗ウイルス活性、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の分解及び／又は水溶液中の色素変色を有する及び／又は増強するために有用である。
【００１１】
いくつかの実施態様において、光触媒材料は、第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体を含む。いくつかの例では、第１のｎ型半導体は、複数相のｎ型半導体を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数相のｎ型半導体は、アナターゼ相及びルチル相を含むＴｉＯ２である。いくつかの実施形態では、アナターゼ相は、複数のｎ型半導体の総重量の約２．５％〜約９７．５％、約２．５〜５％、約５〜１０％、約１０〜１５％、約１５〜２０％、約２０〜２５％、約２５〜３０％、約３０〜３５％、約３５〜４０％、約４０〜４５％、約４５〜５０％、約５０〜５５％、約５５〜６０％、約６０〜６５％、約６５〜７０％、約７５〜８０％、約８０〜８５％、約８５〜９０％、約９０〜９５％、約９５〜９７．５％、又は約８３％であり得る。いくつかの実施形態では、ルチル相は、複数のｎ型半導体の総重量の約２．５％〜約９７．５％、約２．５〜５％、約５〜１０％、約１０〜１５％、約１５〜２０％、約２０〜２５％、約２５〜３０％、約３０〜３５％、約３５〜４０％、約４５〜５０％、約５０〜５５％、約５５〜６０％、約６０〜６５％、約６５〜７０％、約７０〜７５％、約７５〜８０％、約８０〜８５％、約８５〜９０％、約９０〜９５％、約９５〜９７％、又は約１７％であり得る。いくつかの実施形態では、複数相のｎ型ＴｉＯ２材料は、８０〜９０％のアナターゼ相及び２０〜１０％のルチル相である。いくつかの実施形態では、複数相のｎ型ＴｉＯ２材料は、８７％のアナターゼ相及び１７％のルチル相である。好適な材料の例としては、エボニック（パーシッパニー、ＮＪ、ＵＳＡ）により販売されている商標名Ｐ２５（８３％アナターゼＴｉＯ２＋１７％ルチルＴｉＯ２）を有するＴｉＯ２があげられるが、これに限定されない。
【００１２】
いくつかの実施態様において、第１のｎ型半導体は、単相のｎ型半導体を含む。いくつかの実施形態では、単相のｎ型半導体は、実質的にアナターゼ相ＴｉＯ２のみを含むことができる。いくつかの実施形態では、例えば、アナターゼ相は、ｎ型半導体の全重量の約９５ｗｔ％超、約９６ｗｔ％超、約９７ｗｔ％超、約９７．５ｗｔ％超、約９８ｗｔ％超、約９８．５ｗｔ％超、又は９９．０ｗｔ％超である。好適な材料としては、例えば、石原産業株式会社（日本）により商標名ＳＴ−０１で販売されているアナターゼＴｉＯ２があげられるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、アナターゼ相は、燃焼合成ＴｉＯ２であり得る。
【００１３】
光触媒材料中にある第２のｎ型半導体は、混合チタン酸塩を含むことができる。「混合チタン酸塩」という用語は、Ｔｉ、Ｏ及び少なくとも別の元素、例えば、アルカリ金属イオン、希土類金属イオン、ニオブ及びタンタルを含む化合物を指す。一部の金属イオンには、Ｔａ、Ｎｂ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｍｇ、又はＬａが含まれる。いくつかの実施形態において、混合チタン酸塩は、限定されない実施例として、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９、Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３、Ｋ４Ｎｂ６Ｏ１７、Ｋ２Ｌａ２Ｔｉ３Ｏ１０及び／又はＭ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１であってもよく、Ｍは、アルカリ金属イオン（例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ等）であり得、ｎは、≧０．５であり得、例えば、ｎ＝１、２、３、４、５、６、７、及び／又は８であり得る。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ｈであってもよい。いくつかの例では、Ｍは、テトラアルキルアンモニウムカチオン、例えば、テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡ）であってもよい。いくつかの実施形態では、混合チタン酸塩は、燃焼合成することができる。いくつかの例では、混合チタン酸塩はまた、金属チタン酸塩と呼ばれてもよい。いくつかの実施形態では、混合チタン酸塩は、固体状態で合成することができる。いくつかの実施形態では、混合チタン酸塩は、水熱合成することができる
【００１４】
いくつかの実施形態では、光触媒材料は、第１のｎ型半導体（アナターゼ及び／又はルチルＴｉＯ２）と第２のｎ型半導体（混合チタン酸塩）との混合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、混合物は、物理的混合物である。いくつかの実施形態では、混合物は、単相又は複数相のＴｉＯ２及び／又は混合チタン酸塩粒子の個別の別個の粒子であってもよい。いくつかの例では、粒子は、電荷キャリア通信状態にある。いくつかの実施形態では、第１のｎ型半導体（単相及び／又は複数相ＴｉＯ２）及び第２のｎ型半導体（混合チタン酸塩）は、互いにほぼ均一に分散させることができる。この分散を達成するための適切な方法は、十分な時間（例えば、１〜５分、５〜１０分、１０〜１５分、１５〜２０分、２０〜３０分、３０〜６０分、６０〜９０分、３分、又は３０分）、粒子を超音波処理又は音響的に混合することである。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第１の複数相のｎ型半導体（例えば、ＴｉＯ２）及び第２のｎ型半導体（例えば、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９又はＫ２Ｔｉ６Ｏ１３等のＫ２ＴｉｎＯ（２ｎ＋１））のｗｔ％比は、約４０〜４２ｗｔ％、４２〜４４ｗｔ％、４４〜４６ｗｔ％、４６〜４８ｗｔ％、４８〜５０ｗｔ％、５０〜５２ｗｔ％、５２〜５４ｗｔ％、５４〜５６ｗｔ％、５６〜５８ｗｔ％、５８〜６０ｗｔ％、４０〜４５ｗｔ％、４５〜５０ｗｔ％、５０〜５５ｗｔ％、５５〜６０ｗｔ％、４０〜５０ｗｔ％、５０〜６０ｗｔ％、又は約５０ｗｔ％の複数相のｎ型半導体対、約４０〜４２ｗｔ％、４２〜４４ｗｔ％、４４〜４６ｗｔ％、４６〜４８ｗｔ％、４８〜５０ｗｔ％、５０〜５２ｗｔ％、５２〜５２ｗｔ％、５２ｗｔ％〜５４ｗｔ％、５４〜５６ｗｔ％、５６〜５８ｗｔ％、５８〜６０ｗｔ％、４０〜４５ｗｔ％、４５〜５０ｗｔ％、５０〜５５ｗｔ％、５５〜６０ｗｔ％、４０〜５０ｗｔ％、５０〜６０ｗｔ％、又は約５０ｗｔ％の第２のｎ型半導体であり得る。いくつかの実施形態では、第１の複数相のｎ型半導体の重量パーセンテージ及び第２のｎ型半導体の重量パーセンテージは、光触媒材料の総重量パーセンテージの１００重量パーセントである。いくつかの実施態様において、第１の単相のｎ型半導体（例えば、ＴｉＯ２）及び第２のｎ型半導体（例えば、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９又はＫ２Ｔｉ６Ｏ１３等のＫ２ＴｉｎＯ（２ｎ＋１））のｗｔ％比は、約４０〜４２ｗｔ％、４２〜４４ｗｔ％、４４〜４６ｗｔ％、４６〜４８ｗｔ％、４８〜５０ｗｔ％、５０〜５２ｗｔ％、５２〜５４ｗｔ％、５４〜５６ｗｔ％、５６〜５８ｗｔ％、５８〜６０ｗｔ％、４０〜４５ｗｔ％、４５〜５０ｗｔ％、５０〜５５ｗｔ％、５５〜６０ｗｔ％、４０〜５０ｗｔ％、５０〜６０ｗｔ％、又は約５０ｗｔ％の第１単相のｎ型半導体対、約４０〜４２ｗｔ％、４２〜４４ｗｔ％、４４〜４６ｗｔ％、４６〜４８ｗｔ％、４８〜５０ｗｔ％、５０〜５２ｗｔ％、５２〜５４ｗｔ％、５４〜５６ｗｔ％、５６〜５８ｗｔ％、５８〜６０ｗｔ％、４０〜４５ｗｔ％、４５〜５０ｗｔ％、５０〜５５ｗｔ％、５５〜６０ｗｔ％、４０〜５０ｗｔ％、５０〜６０ｗｔ％、又は約５０ｗｔ％の第２のｎ型半導体の重量率であり得る。いくつかの実施形態では、第１の単相のｎ型半導体の重量パーセンテージ及び第２のｎ型半導体の重量パーセンテージは、光触媒材料の総重量パーセンテージの１００重量パーセントである。
【００１６】
いくつかの実施形態では、光触媒材料は、貴金属を含むことができる。いくつかの実施形態において、貴金属は、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、オスミウム、白金又は金であり得る。いくつかの実施形態において、貴金属は、銀、金又は白金であり得る。いくつかの実施形態では、貴金属は白金であり得る。いくつかの実施形態では、貴金属の重量比は、複合体の全重量の約０．００１ｗｔ％〜約１．０ｗｔ％とすることができる。いくつかの実施形態では、貴金属の重量比は、複合材全体の約０．００１〜０．００５ｗｔ％、０．００５〜０．０１ｗｔ％、約０．０１〜０．０１５ｗｔ％、約０．０１５〜０．０２ｗｔ％、約０．０２〜０．０２５ｗｔ％、約０．０２５〜０．０３ｗｔ％、約０．０３〜０．０３５ｗｔ％、約０．０３５〜０．０４ｗｔ％、約０．０４〜０．０４５ｗｔ％、約０．０４５〜０．０５ｗｔ％、約０．０５〜０．０５５ｗｔ％、約０．０５５〜０．０６ｗｔ％、約０．０６〜０．０６５ｗｔ％、約０．０６５〜０．０７ｗｔ％、約０．０７〜０．０７５ｗｔ％、約０．０７５〜０．０８ｗｔ％、約０．０８〜０．０８５ｗｔ％、約０．０８５〜０．０９ｗｔ％、約０．０９〜０．０９５ｗｔ％、約０．０９５〜０．０１ｗｔ％、約０．１〜０．１５ｗｔ％、約０．１５〜０．２ｗｔ％、約０．２〜０．２５ｗｔ％、約０．２５〜０．３ｗｔ％、約０．３〜０．３５ｗｔ％、約０．３５〜０．４ｗｔ％、約０．４〜０．４５ｗｔ％、約０．４５〜０．５ｗｔ％、約０．５〜０．５５ｗｔ％、約０．５５〜０．６ｗｔ％、約０．６〜０．６５ｗｔ％、約０．６５〜０．７ｗｔ％、約０．７〜０．７５ｗｔ％、約０．７５〜０．８ｗｔ％、約０．８〜０．８５ｗｔ％、約０．８〜０．８５ｗｔ％、約０．８５〜０．９ｗｔ％、約０．９〜０．９５ｗｔ％、約０．９５〜０．１ｗｔ％、約０．１〜０．２ｗｔ％、約０．２〜０．３ｗｔ％、約０．３〜０．４ｗｔ％、約０．４〜０．５ｗｔ％、約０．５〜０．６ｗｔ％、約０．６〜０．７ｗｔ％、約０．７〜０．８ｗｔ％、約０．８〜０．９ｗｔ％、約０．９〜１ｗｔ％、約０．００１〜０．３ｗｔ％、約０．３〜０．６ｗｔ％、約０．６〜１ｗｔ％、約０．０３ｗｔ％、約０．０７５ｗｔ％、約０．１５ｗｔ％、又は約０．３５ｗｔ％であり得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、光触媒材料の第２のｎ型半導体に貴金属をドープすることができる。いくつかの実施態様において、ドープされた第２のｎ型半導体は、貴金属をドープした金属チタン酸塩である。いくつかの実施形態において、金属チタン酸塩は、Ｋ２ＴｉｎＯ（２ｎ＋１）可能である。いくつかの実施形態では、金属チタン酸塩はＫ２Ｔｉ４Ｏ９又はＫ２Ｔｉ６Ｏ１３を含み、貴金属は、シルバー、ゴールド又はプラチナを含む。いくつかの実施形態では、金属チタン酸塩はＫ２Ｔｉ４Ｏ９であり、貴金属はプラチナである。いくつかの実施形態では、金属チタン酸塩はＫ２Ｔｉ６Ｏ１３であり、貴金属はプラチナである。いくつかの実施形態では、貴金属の重量比は、第２のｎ型半導体の全重量の約０．００１ｗｔ％〜約１．０ｗｔ％とすることができる。いくつかの実施形態では貴金属（金、銀、又は白金等）の重量比は、第２のｎ型半導体の全重量の約０．００１〜０．００５ｗｔ％、約０．００５〜０．０１、約０．０１〜０．０１５ｗｔ％、約０．０１５〜０．０２ｗｔ％、約０．０２〜０．０２５ｗｔ％、約０．０２５〜０．０３ｗｔ％、、約０．０３〜０．０３５ｗｔ％、約０．０３５〜０．０４ｗｔ％、約０．０４〜０．０４５ｗｔ％、約０．０４５〜０．０５５ｗｔ％、約０．０５５〜０．０６ｗｔ％、約０．０６〜０．０６５ｗｔ％、約０．０６５〜０．０７ｗｔ％、約０．０７〜０．０７５ｗｔ％、約０．０７５０〜０．０８０ｗｔ％、約０．０８０〜０．０８５ｗｔ％、約０．０８５〜０．０９ｗｔ％、約０．０９〜０．０９５ｗｔ％、約０．０９５〜０．０１ｗｔ％、約０．１〜０．１５ｗｔ％、約０．１５〜０．２ｗｔ％、約０．２〜０．２５ｗｔ％、約０．２５〜０．３ｗｔ％、約０．３〜０．３５ｗｔ％、約０．３５〜０．４ｗｔ％、約０．４〜０．４５ｗｔ％、約０．４５〜０．５ｗｔ％、約０．５〜０．５５ｗｔ％、約０．５５〜０．６ｗｔ％、約０．６〜０．６５ｗｔ％、約０．６５〜０．７ｗｔ％、約０．７〜０．７５ｗｔ％、約０．７５〜０．８ｗｔ％、約０．８〜０．８５ｗｔ％、約０．８５〜０．９ｗｔ％、約０．９５％〜１ｗｔ、約０．００１〜０．１ｗｔ％、約０．１〜０．２ｗｔ％、約０．２〜０．３ｗｔ％、約０．３〜０．４ｗｔ％、約０．４〜０．５ｗｔ％、約０．５〜０．６ｗｔ％、約０．６〜０．７ｗｔ％、約０．７〜０．８ｗｔ％、約０．８〜０．９ｗｔ％、約０．９〜１ｗｔ％、約０．３〜０．６ｗｔ％、約０．６〜１ｗｔ％、約０．０３ｗｔ％、約０．０７５ｗｔ％、約０．１５ｗｔ％、又は約０．３５ｗｔ％であり得る。
【００１８】
伝導バンドとは、電子は、その原子と結合するのを自由にして「非局在化電子」として材料の原子格子内を自由に移動するのに十分なほど高い電子エネルギーの範囲である（図１及び１Ａ参照）。半導体では、価電子バンドは、電子が通常絶対零度で存在する電子エネルギーの最高範囲である。価電子は、伝導電子（半導体に見られる）とは対照的に、実質的に個々の原子に結合しており、材料の原子格子内でより自由に動くことができる。材料の電子バンド構造のグラフ上では、価電子バンドは一般に伝導バンドの下に位置し、絶縁体や半導体ではバンドギャップによって分離されている。導体のようないくつかの材料では、伝導バンドは、価電子バンドから分離する識別可能なエネルギーギャップを実質的に有さない。伝導バンド及び価電子バンドは、例えば、価電子バンド準位エネルギーは、伝導バンド準位エネルギーよりも高いか、又は低い負である場合に、実際に重複し得る。
【００１９】
種々の材料はそれらのバンドギャップによって分類され得る；例えば、価電子バンドと伝導バンドとの間のエネルギーの差によって分類される。非伝導体（例えば、絶縁体）では、伝導バンドは価電子バンドよりもはるかに高いエネルギーであるため、価電子を変位させて効果的に電気を伝えるにはエネルギーがかかりすぎる。これらの絶縁体は、バンドギャップがゼロでないと言われている。通常の状況下で自由電子が多い金属のような導電体では、伝導バンドは価電子バンドと重なる−バンドギャップはない−ため、価電子を変位させるのに、付加的な付加エネルギーはほとんどか全くかからない。半導体では、バンドギャップは２００ｎｍから１０００ｎｍのオーダー（１．２４ｅＶから６．２ｅＶのオーダー）で小さい。これは、半導体の電子を価電子バンドから別のエネルギー準位に移動させ、電気を伝導させるのに（熱又は光の形態で）比較的少ないエネルギーしか必要とせず、従って半導体という名前であると考えられる。
【００２０】
本明細書に記載される光触媒材料は、揮発性有機化合物の光化学分解のために使用され得る。トルエンと酸素の酸化還元反応では、トルエンの酸化とＯ２の還元が対になっている。トルエンの酸化電位は約２．８５ｅＶである。Ｏ２の低減ポテンシャルは約−０．０５ｅＶである。いくつかの実施形態では、結果として、十分に大きなバンドギャップ、例えば、約２．８５ｅＶ及び約２．９０ｅＶである０．０５ｅＶは、前述の反応を達成するのに有益である。さらに、光触媒材料のバンドギャップの相対的な位置決めは重要な考慮事項である。ある実施形態では、バンドギャップの深さはＴｉＯ２の深さに比較的近いはずであり、例えば、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９は少なくとも約＋２．８５ｅＶであり得る。金属チタン酸塩の貴金属ドーピングは、これらの材料の伝導バンドと価電子バンドの両方に影響を及ぼすことが観測された。これらの考慮に入れた光触媒材料の選択は、上述の材料、例えば、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９及びＫ２Ｔｉ６Ｏ１３等、及び、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９、Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３の貴金属ドープバージョンによって示される改善された光触媒活動を提供すると考えられる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、記載される不均質材料は、光触媒活性を有する。不均質材料は、抗菌性（明暗）；抗ウイルス性；揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を分解することができ；及び／又は食品添加物染料を変色することができる。食品添加染料の適切な非限定的な例には、Ｎａｔｕｒａｌ  Ｂｌｕｅ  Ｃｏｌｏｒｅｄ  ｐｏｗｄｅｒ（Ｃｏｌｏｒ  Ｍａｋｅｒ、アナハイム、カルフォルニア、ＵＳＡ）及び／又はＦＤ＆Ｃ  ｂｌｕｅ  Ｎｏ．  ２  ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｏｏｄ  ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｄｙｅ  ｆｏｏｄ  ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｄｙｅ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｂｌｕｅ  ｃｏｌｏｒｅｄ  ｐｏｗｄｅｒ、クロマテック社、ミシガン、ＵＳＡ）が含まれる。
【００２２】
本明細書に記載される光触媒不均質材料はまた、耐久性（有効時間）を増大させることができ、従って、他の光触媒組成物と比較して、経時的に活性を維持することができる。
【００２３】
当業者は、不均質材料は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を分解するかどうかを決定する方法を認識する。いくつかの実施形態では、化合物を分解する方法は、紫外線の存在下で、本明細書に記載される均一な材料を含む光触媒に化学化合物を暴露することを含む。不均一材料は、揮発性有機化合物を分解するかどうかを決定する１つの例は、電磁放射線、例えば、紫外線／光の下で有機化合物の分解を評価することによることができる。ある実施形態では、初期トルエン濃度の減少又は損失パーセンテージを測定することによってトルエン分解を決定することは、揮発性有機化合物の分解を決定するための１つの潜在的な方法であり、例えば、経時的な０％損失から１００％損失の範囲である。別の実施形態では二酸化炭素（ＣＯ２）の形成、又はＣＯ２の濃度の増大率を測定することによってトルエン分解を決定することは、揮発性有機化合物の分解に関する光触媒組成物の特性を決定するための潜在的な方法であり、例えば、（最初のトルエン濃度における炭素の量に基づいて）０％〜１００％のＣＯ２の形成の範囲である。光触媒組成物は、トルエンの分解等の分解試験におけるその性能に関して特徴付けられ得る。トルエン損失及び／又はＣＯ２生成の計測時間は、１〜１０時間、１〜５分、５〜３０分、３０〜６０分、６０〜９０分、９０〜１２０分、１２０〜１５０分、１５０〜１８０分、１８０〜２１０分、２１０〜２４０分、２４０〜２７０分、２７０〜３００分、３００〜３３０分、３３０〜３６０分、３６０〜３９０分、３９０〜４２０分、４２０〜４５０分、４５０〜４８０分、４８０〜５１０分、５１０〜５４０分、５４０〜５７０分、５７０〜６００分、１時間、又は２時間とすることができる。測定中、光触媒材料は、５０ｍＷ／ｃｍ２パワーを有する単一波長３６５ｎｍのＵＶ  ＬＥＤ、又は１５ｍＷ／ｃｍ２パワーを有する３００〜４２０ｎｍの広い波長のロクタイトＵＶ等の紫外光に暴露される。いくつかの実施形態では、ＵＶ活性化不均質材料への暴露後、分解は、トルエンの初期量の少なくとも５０％、５０〜５５％、５５〜６０％、６０〜６５％、６５〜７０％、７０〜７５％、７５〜８０％、８０〜８５％、８５〜９０％、９０〜９５％、９５〜１００％、又は１００％である。いくつかの実施形態では、紫外線活性化不均一材料に曝露した後のＣＯ２の生成は、最初のトルエン量の少なくとも５０％、５０〜５５％、５５〜６０％、６０〜６５％、６５〜７０％、７０〜７５％、７５〜８０％、８０〜８５％、８５〜９０％、９０〜９５％、９５〜１００％、又は１００％である。
【００２４】
当業者は、不均質材料は、食品添加物又は染料を変色させるかどうかを決定する方法を認識する。食品添加物染料の変色を決定する一例は、食品染料添加物の初期量の経時的な減少又は損失パーセンテージを測定することによってなし得る。一例では、食品添加物は、天然アントシアニン食品添加物染料又はＦＤＣ食品添加物染料であり得る。いくつかの実施形態では、食品色素添加剤の変色は、４５ｍＷ／ｃｍ２電力で４５５ｎｍで発光する青色発光ダイオードで５時間後に０％〜６０％でなし得る。いくつかの実施形態では、分解は、不均質材料に暴露した後の天然アントシアニン食品添加物染料の初期量の少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、及び／又は少なくとも６０％である。
【００２５】
当業者は不均質な光触媒材料が経時的に活性を維持するかどうか、例えば、不均質な材料の耐久性を決定する方法を認識する。トルエンの光触媒分解を、本開示の光触媒Ｅｘ−ＡＣを使用する場合、活性の損失が観察されずに、３サイクル繰り返したが（図１３及び１４を参照）、一方、既知の光触媒Ｐ２５を使用する場合、活性の実質的な損失が観察された（図１１及び１２を参照）。
【００２６】
いくつかの実施形態において、抗細菌活性の保持は、８５％相対湿度及び８５℃に少なくとも７日間暴露した後に観察され得る。
【００２７】
典型的であるが非限定的な実施形態は、以下の通りである：
（実施形態１）
光触媒材料であって、以下を含む：
（ａ）第１のｎ型半導体、及び、
（ｂ）チタン酸カリウムを含む第２のｎ型半導体であって、前記光触媒材料が、第１のｎ型半導体の約４０ｗｔ％〜６０ｗｔ％、第２のｎ型半導体の約６０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、及び第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体の合計１００ｗｔ％を含む、第２のｎ型半導体。
（実施形態２）
前記第１のｎ型半導体は、複数相のｎ型半導体である、実施形態１の光触媒材料。
（実施形態３）
前記複数相のｎ型半導体は、アナターゼ相及びルチル相にＴｉＯ２を含む、実施形態２に記載の光触媒材料。
（実施形態４）
前記第１のｎ型半導体は、単相のｎ型半導体である、実施形態１の光触媒材料。
（実施形態５）
前記単相のｎ型半導体がアナターゼ相のｎ型半導体である、実施形態４の光触媒材料。
（実施形態６）
貴金属をさらに含む、実施形態１に記載の光触媒材料。
（実施形態７）
前記貴金属は、銀、金又は白金である、実施態様６に記載の光触媒材料。
（実施形態８）
前記貴金属の重量比は、約０．０ｗｔ％〜約１．０ｗｔ％である、実施形態６に記載の光触媒材料。
（実施形態９）
前記複数相のｎ型半導体材料は、８０％〜９０％のアナターゼ相及び２０％〜１０％のルチル相である、実施形態２に記載の光触媒材料。
（実施形態１０）
前記複数相のｎ型半導体は、アナターゼ相ＴｉＯ２が８３％、及びルチル相ＴｉＯ２が１７％である、実施形態２に記載の光触媒材料。
（実施形態１１）
チタン酸カリウムがＫ２Ｔｉ４Ｏ９である、実施形態１の光触媒材料。
（実施形態１２）
紫外線放射の存在下で化学化合物を実施形態１に記載の光触媒材料に暴露することを含む、化学化合物を分解する方法。
【実施例】
【００２８】
実施例１（ａ）。ｎ型半導体の合成（Ｅｘ−１）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９の水性燃焼合成
３０ｍｌのチタン（ＩＶ）ビス（乳酸アンモニウム）二水酸化チタン（乳酸チタン［Ｔｙｚｏｒ  ＬＡ］、シグマ  アルドリッチ、ＭＯ、ＵＳＡ）、３ｇの酢酸カリウム（２０％過剰量）（シグマ  アルドリッチ、セントルイス、ＭＯ、ＵＳＡ）及び５ｇの硝酸アンモニウム（シグマ  アルドリッチ、セントルイス、ＭＯ、ＵＳＡ）の５０ｗｔ％溶液をガラスビーカー（２５０ｍＬ容量）中に溶解した。この透明溶液を予熱マッフル炉で５００℃で燃焼が終わるまで加熱した。燃焼反応は少なくとも１５分間継続した。次いで、この多量の粉末を石英ガラス容器に移し、次いで、この粉末を１０００℃で１２時間アニールして、単相及び結晶性Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９粉末を得た。
【００２９】
実施例１（ｂ）。ドープｎ型半導体の合成（Ｅｘ−２）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９中の０．３４８ｗｔ％Ｐｔの水性燃焼合成
３０ｇのＴｙｚｏｒ  ＬＡ（チタン前駆体）、３ｇの酢酸カリウム（２０％過剰量）（シグマ  アルドリッチ、セントルイス、ＭＯ、ＵＳＡ）、０．０３６５ｇの硝酸白金アンモニウム（シグマ  アルドリッチ、セントルイス、ＭＯ、ＵＳＡ）及び５ｇの硝酸アンモニウム（シグマ  アルドリッチ、セントルイス、ＭＯ、ＵＳＡ）をガラスビーカー（２５０ｍＬ容量）中に溶解した。この透明溶液を予熱マッフル炉で５００℃で燃焼が終わるまで加熱した。燃焼反応は少なくとも１５分間継続した。次いで、この多量の粉末を石英ガラス容器に移し、次いで、この粉末を１０００℃で１２時間アニールして、白金ドープＫ２Ｔｉ４Ｏ９粉末を得た。
【００３０】
実施例１（ｃ）。ドープｎ型半導体の合成（Ｅｘ−３）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９中の０．１５ｗｔ％Ｐｔの水性燃焼合成
３０ｇのＴｙｚｏｒ  ＬＡ（チタン前駆体）、３ｇの酢酸カリウム（２０％過剰量）、０．０１８３ｇの硝酸白金アンモニウム及び５ｇの硝酸アンモニウムをガラスビーカー（２５０ｍＬ容量）中に溶解した。この透明な溶剤を、予熱マッフルファーネス中で、５００ｏ℃で、燃焼が終了するまで加熱した。燃焼反応は少なくとも１５分間継続した。次いで、膨大な量のパウダーを融着したシリカ容器に移し、次いで、パウダーを１０００℃で１２時間アニールして、ＰｔドープＫ２Ｔｉ４Ｏ９パウダーを得た。
【００３１】
実施例１（ｄ）。ドープｎ型半導体の合成（Ｅｘ−４）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９中の０．０７５ｗｔ％Ｐｔの水性燃焼合成
３０ｇのＴｙｚｏｒ  ＬＡ（チタン前駆体）、３ｇの酢酸カリウム（２０％過剰量）、０．００９３８ｇの硝酸白金アンモニウム及び５ｇの硝酸アンモニウムをガラスビーカー（２５０ｍＬ容量）中に溶解した。この透明溶液を予熱マッフル炉で５００℃で燃焼が終わるまで加熱した。燃焼反応は少なくとも１５分間継続した。次いで、この多量の粉末を石英ガラス容器に移し、次いで、この粉末を１０００℃で１２時間アニールして、ＰｔドープＫ２Ｔｉ４Ｏ９粉末を得た
【００３２】
実施例１（ｅ）。ドープｎ型半導体（Ｅｘ−５）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９中の０．０３ｗｔ％Ｐｔの水性燃焼合成
３０ｇのＴｙｚｏｒ  ＬＡ（チタン前駆体）、３ｇの酢酸カリウム（２０％過剰量）、０．００４６９ｇの硝酸白金アンモニウム及び５ｇの硝酸アンモニウムをガラスビーカー（２５０ｍＬ容量）中に溶解した。この透明溶液を予熱マッフル炉で５００℃で燃焼が終わるまで加熱した。燃焼反応は少なくとも１５分間継続した。次いで、この多量の粉末を石英ガラス容器に移し、次いで、この粉末を１０００℃で１２時間アニールして、ＰｔドープＫ２Ｔｉ４Ｏ９粉末を得た
【００３３】
実施例１（ｆ）。ドープｎ型半導体の合成（Ｅｘ−６）  Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３中の０．０７５ｗｔ％Ｐｔの水性燃焼合成
Ｔｙｚｏｒ  ＬＡ（チタン前駆体）、２ｇの酢酸カリウム（２０％過剰量）、０．００７ｇの硝酸白金アンモニウム及び５ｇの硝酸アンモニウムをガラスビーカー（２５０ｍＬ容量）中に溶解した。この透明溶液を予熱マッフル炉で４３０℃で燃焼が終わるまで加熱した。燃焼反応は少なくとも１５分間継続した。次に、多量の粉末をアルミナ容器に移した。次いで、パウダーを１０００℃で１２時間アニールして、ＰｔドープＫ２Ｔｉ６Ｏ１３パウダーを得た
【００３４】
実施例２（ａ）。ｎ型半導体物理混合物の合成（Ｅｘ−Ａ）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９＆ＴｉＯ２（Ｐ２５）のアコースティックミキシング
上記の実施例１（ａ）で製造された約０．７ｇのアンドープＫ２Ｔｉ４Ｏ９（Ｅｘ−１）と、０．７ｇのＴｉＯ２（Ａｅｒｏｘｉｄｅ  Ｐ２５、エボニック、パーシッパニー、ＮＪ、ＵＳＡ）を音響強度４０％の設定で３分間混合し（Ｌａｂ  ＡＭ［アコースティックミキサー］Ｒｅｓｏｄｙｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｍｉｘｅｒｓ社、ビュート、ＭＴ、ＵＳＡ）、１３０ｍｇの混合パウダーを水バスの２．６ｇ水に３０分間曲げた。次に、１２０℃で蒸発させながら、懸濁粉末１３０ｍｇを６０ｍｍ×１５ｍｍのペトリ皿に分散させた。
【００３５】
ｎ型半導体物理混合物の合成（Ｅｘ−ＡＡ、Ｅｘ−ＡＢ、Ｅｘ−ＡＣ）
物理混合物Ｅｘ−ＡＡ、Ｅｘ−ＡＢ、Ｅｘ−ＡＣは、それぞれ、Ｐｔ  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９の種々のドープされたレベル（例えば、Ｅｘ−ＡＡ［０．０７５ｗｔ％Ｐｔ］、Ｅｘ−ＡＢ［０．１５ｗｔ％Ｐｔ］、Ｅｘ−ＡＣ［０．３５ｗｔ％Ｐｔ］）が、Ｅｘ−ＡにおけるようなドープされていないＫ２Ｔｉ４Ｏ９の代わりに使用されたことを除いて、上記Ｅｘ−Ａに関して記載されたのと同様の方法で製造された（表１を参照のこと）。
【００３６】
Ｅｘ−ＢＡは、上述のＥｘ−Ａに関する記述と同様の方法で製造されたが、異なるドープチタン酸塩、例えば、Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３（０．０７５ｗｔ％Ｐｔドープ、Ｅｘ−６参照）がＫ２Ｔｉ４Ｏ９の代わりに使用された（表１参照）。
【００３７】
Ｅｘ−ＣＡは、Ｐ２５の代わりに異なる第１のｎ型半導体材料（ＳＴ−０１）を使用したことを除いて、上記Ｅｘ−Ａに関して記載したのと同様の方法で製造された。さらに、２番目のｎ型材料として０．１５ｗｔ％ＰｔドープＫ２Ｔｉ４Ｏ９（ＥＸ−３）を使用した（実施例２（ｂ）及び表１参照）。
【００３８】
Ｅｘ−２Ａ、Ｅｘ−３Ａ及びＥｘ−６Ａは、ドープされたチタン酸塩（第１のｎ型半導体材料、例えば、Ｐ２５がない）のみが超音波処理されたサンプル中にあったことを除いて、上記のＥｘ−Ａに関して記載されたのと同様の方法で製造された。
【００３９】
実施例２（ｂ）。ｎ型半導体物理ミックスの合成（Ｅｘ−ＣＡ）  Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９＆ＴｉＯ２のアコースティックミキシング（ＳＴ−０１）
上記の例−１（ｃ）に記載されているように製造された約０．７ｇのＫ２Ｔｉ４Ｏ９と、０．７ｇのＴｉＯ２（ＳＴ−０１）を、音響法（再同期）を用いて３分間混合した。混合粉末１３０ｍｇを水浴中２．６ｇの水中で３０分間超音波処理した。次に、１２０℃で蒸発させながら、懸濁粉末１３０ｍｇを６０ｍｍ×１５ｍｍのペトリ皿に分散させた。
【００４０】
実施例２（ｃ）。比較例１（ＣＥ−１）  半導体分散のみのＰ２５の合成
ＣＥ−１（Ｐ２５、エボニック）は分散させる粉体にＫ２Ｔｉ４Ｏ９が加えられていないことを除き、実施例２（ａ）と同様の方法で追加の精製を行わずに製造された。
【００４１】
実施例２（ｄ）。比較例１（ＣＥ−２）  半導体分散のみのＳＴ−０１の合成
ＣＥ−２（ＳＴ−０１）は分散する粉体にＫ２Ｔｉ４Ｏ９が追加されていない点を除き、実施例２（ａ）と同様の方法で追加の精製を行わずに製造された。
【００４２】
実施例３。光触媒（Ｅｘ−１Ａ及びＣＥ−１）の実験設定１
ペトリ皿を５ＬのＴｅｄｌａｒバッグに密封し、バッグを２．５Ｌの空気で満たした（１Ｌ／１分、２分間、３０秒間）。これに、トルエンボトルのヘッドスペースからの約１６ｍＬのトルエン蒸気を注入した。ＧＡＳＴＥＣ管（１２２Ｌ）を用いて最初及び最終トルエン濃度を推定し、光触媒作用の間、ＰＰ系を用いてＣＯ２をモニターした。トルエンのＵＶ光分解を研究するために、１５ｍＷ／ｃｍ２出力のロクタイトＵＶ源を使用した。Ｌｏｃｔｉｔｅ  ＵＶ源からの３００〜４２０ｎｍの波長領域を使用した（ロクタイトＵＶ発光スペクトルについては図９を参照のこと）。結果を図２〜８に示し、以下の表１に要約する。
【００４３】
【表１】
2021529082.tif 000003
【００４４】
実施例４。光触媒実験装置２（Ｅｘ−ＡＣ）
ペトリ皿を５ＬのＴｅｄｌａｒバッグに密封し、バッグを２．５Ｌの空気で満たした（１Ｌ／１分、２分間、３０秒間）。これに、トルエンボトルのヘッドスペースからの約１６ｍＬのトルエン蒸気を注入した（約１１０ｐｐｍのトルエン）。ＧＡＳＴＥＣ管（１２２Ｌ）を用いて最初及び最終トルエン濃度を推定し、光触媒作用の間、ＰＰ系を用いてＣＯ２をモニターした。５０ｍＷ／ｃｍ２電力を有するＵＶ  ＬＥＤ（２０ワットＵＶ  ＬＥＤ、ラーソンエレクトロニクス、ケンプ、テキサス、ＵＳＡ）源を使用して、トルエンのＵＶ光分解を研究した。光触媒作用の第１サイクルを約１時間実施し、情報を記録した。５Ｌテドラーバッグを空にし、約１００ｐｐｍのトルエンで再充填した。ＵＶ  ＬＥＤへの暴露をさらに１時間繰り返し、ガスパラメータを記録した。再充填とＵＶ  ＬＥＤへの曝露を３回目（３回目）繰り返し、パラメータを記録した。約３６５ｎｍの波長は、ＵＶ  ＬＥＤ光源から使用された（ＵＶ  ＬＥＤ発光スペクトルについては図１０を参照）。結果を以下の表２（Ｅｘ−ＡＣ）及び３（Ｐ２５のみ［ＣＥ−１］）に要約し、図１１〜１４に示す。ＣＥ−１試料については、光触媒の失活が試料中の黄色の視覚的観察、及びさらなるサイクルでの黄色の形成の増強によって証明されるように起こったと考えられる。しかし、Ｅｘ−ＡＣでは、試験中及び試験後の試料中に黄色が観察されなかった。これは、未使用のＰ２５（ＣＥ−１）と比較してＰｔドット光触媒（Ｅｘ−ＡＣ）の安定性を支持すると考えられる。
【００４５】
【表２】
2021529082.tif 000004
【００４６】
【表３】
2021529082.tif 000005
【００４７】
実施例５。光触媒の前処理
１３０ｍｇの各粉末試料を、最小量の逆浸透精製（ＲＯ）水（Ｃａ．１．５ｍＬ）中に分散させ、浴超音波処理中で約５分間ホモジナイズした。
【００４８】
清浄なペトリ皿をエタノールで拭き、皿の内面をプラズマ装置で１〜２分間イオン化した。各化合物の均一な試料を処理したペトリ皿に注ぎ、次いで、旋回しながら１２０℃で加熱して、乾燥した試料の均一な分布を増加させた。試料が乾燥した後、ペトリ皿をＵＶランプ（３００Ｗ）下に１時間置いた。
【００４９】
特に記載のない限り、規格及びクレームに用いられている成分、分子量、反応条件等の性状を表示する数量はすべて「約」という用語で変更されているものと理解される。したがって、逆に表示されない限り、規格及び添付のクレームに記載されている数値パラメータは、求められている所望の性状によって異なる可能性のある近似値である。最低限でも、特許請求の範囲への均等論の適用を限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効数字の数を考慮して、通常の丸め技法を適用することによって解釈されるべきである。
【００５０】
本開示の実施形態を説明する文脈において（特に以下の特許請求の範囲において）使用される用語「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び類似の指示対象は、本書に別段の記載がない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方を網羅すると解釈される。本明細書で説明されるすべての方法は、本明細書で特に指示がない限り、又は文脈により明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行され得る。本明細書で提供されるありとあらゆる例又は例示的な言葉（例えば、「そのような」）の使用は、単に本開示の実施形態をよりよく例示することを意図しており、請求項の範囲を限定するものではない。明細書中の言葉は、本開示の実施形態の実施に不可欠な、請求されていない要素を示すものと解釈されるべきではない。
【００５１】
本明細書に開示された代替要素又は実施形態のグループ化は、限定として解釈されるべきではない。各グループのメンバーは、個別に、又はグループの他のメンバー又は本明細書で見られる他の要素との任意の組み合わせで、参照及び請求することができる。グループの１つ又は複数のメンバーが、利便性及び／又は特許性の理由でグループに含まれたり、グループから削除されたりすることが予想される。そのような包含又は削除が生じた場合、本明細書は、修正されたグループを含むものとみなされ、従って、添付の特許請求の範囲で使用されるすべてのマーカッシュグループの書面による説明を満たす。
【００５２】
本明細書では、実施形態を、実施するために発明者に知られている最良の形態を含む特定の実施形態が説明されている。もちろん、これらの記載された実施形態の変形は、上述致の説明を読めば当業者に明らかになるであろう。本発明者は、当業者がそのような変形を適切に使用することを期待し、本発明者は、本開示の実施形態が本明細書に具体的に記載されている以外で実施されることを意図する。したがって、請求項には、適用可能な法で許可されているように、請求項に記載されている主題のすべての修正及び同等物が含まれる。さらに、本明細書で特に明記しない限り、又は文脈により明らかに矛盾しない限り、そのすべての可能な変形における上記要素の任意の組み合わせが企図される。
【００５３】
最後に、本明細書で開示される実施形態は、特許請求の範囲の原理を例示するものであることが理解される。採用され得る他の修正は、特許請求の範囲内である。したがって、限定ではなく例として、本明細書の教示にしたがって代替する実施形態を利用することができる。したがって、特許請求の範囲は、示され説明されたとおりの実施形態に厳密に限定されない。
【図１】
2021529082.tif 000006
【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021529082.tif 000013
【図８】
2021529082.tif 000014
【図９】
2021529082.tif 000015
【図１０】
2021529082.tif 000016
【図１１】
2021529082.tif 000017
【図１２】
2021529082.tif 000018
【図１３】
2021529082.tif 000019
【図１４】
2021529082.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月22日(2021.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒材料であって、以下を含む：
（ａ）第１のｎ型半導体、及び、
（ｂ）第１のｎ型半導体が約４０ｗｔ％〜６０ｗｔ％の光触媒材料を含み、第２のｎ型半導体が、第１のｎ型半導体及び第２のｎ型半導体が約１００ｗｔ％の光触媒材料を含むように、約６０重量％〜４０重量％の光触媒材料を含む、第２のｎ型半導体。
【請求項２】
前記第１のｎ型半導体は、複数相のｎ型半導体である、請求項１に記載の光触媒材料。
【請求項３】
前記複数相のｎ型半導体は、アナターゼ相にＴｉＯ２を含み、ルチル相にＴｉＯ２を含む、請求項１又は２に記載の光触媒材料。
【請求項４】
前記複数相のｎ型半導体は、約８３％のアナターゼ相ＴｉＯ２及び約１７％のルチル相ＴｉＯ２を含む、請求項２に記載の光触媒材料。
【請求項５】
前記第１のｎ型半導体は、単相のｎ型半導体である、請求項１に記載の光触媒材料。
【請求項６】
前記単相のｎ型半導体は、少なくとも約９０％のアナターゼ相のＴｉＯ２を含む、請求項１又は５に記載の光触媒材料。
【請求項７】
前記単相のｎ型半導体は、少なくとも約９５％のアナターゼ相ＴｉＯ２を含む、請求項１、５、又は６に記載の光触媒材料。
【請求項８】
第２のｎ型半導体は、式Ｋ２ＴｉｎＯ（２ｎ＋１）（式中、ｎは２、４、６又は８である）のチタン酸カリウムを含む、請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の光触媒材料。
【請求項９】
前記チタン酸カリウムは、Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９を含む、請求項８に記載の光触媒材料。
【請求項１０】
前記チタン酸カリウムは、Ｋ２Ｔｉ６Ｏ１３を含む、請求項８に記載の光触媒材料。
【請求項１１】
前記第２のｎ型半導体は、貴金属でドープされている、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０に記載の光触媒材料。
【請求項１２】
前記貴金属は、銀、金、又は白金を含む、請求項１１に記載の光触媒材料。
【請求項１３】
前記貴金属は、白金である、請求項１１に記載の光触媒材料。
【請求項１４】
前記貴金属は、約０．００１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の量で第２のｎ型半導体中に存在する、請求項１１、１２、又は１３に記載の光触媒材料。
【請求項１５】
前記貴金属は、約０．０７５ｗｔ％〜約０．３５ｗｔ％の量で第２のｎ型半導体中に存在する、請求項１４に記載の光触媒材料。
【請求項１６】
揮発性化合物を分解する方法であって、前記揮発性化合物は請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載の光触媒材料に曝露され、前記光触媒材料は紫外線源で活性化される、方法。
【請求項１７】
前記紫外放射源は、約３００ｎｍ〜約４２０ｎｍの間の波長域及び約１５ｍＷ／ｃｍ２の出力を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記紫外放射源は、約３６５ｎｍの波長及び約５０ｍＷ／ｃｍ２の出力を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
揮発性化合物はトルエンであり、光触媒材料は２時間の暴露でトルエンの少なくとも８５％を分解する、請求項１６、１７、又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記光触媒材料が、トルエン暴露の少なくとも３サイクルにわたって一定レベルの活性を維持する、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
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