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DE102006049769A1 - Photocatalytic yellow pigment, process and apparatus for its preparation - Google Patents

Photocatalytic yellow pigment, process and apparatus for its preparation Download PDF

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DE102006049769A1
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titanium dioxide
titanium
tio
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Horst Kisch
Shanmugasundaram Sakthivel
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Individual
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Abstract

Nitrogen-containing photocatalyst based on titanium dioxide has significant light absorption at wavelengths of at least 400 nm compared with pure titanium dioxide, has a strong absorbtion band at a binding energy of 399.1 eV in its x-ray photoelectron spectrum relative to the O1s band at 530 eV, and has an azo bond vibration at 1329 cm->1> in its infrared spectrum. Independent claims are also included for: (1) producing a nitrogen-containing titanium dioxide that is photoactive in visible light by mixing a titanium compound having a BET surface area of at least 50 m2>/g with a nitrogen compound and heat-treating the mixture at up to 400[deg] C; (2) depositing a photocatalyst as above as a thin film on a compact or porous support material, e.g. glass, wood, fibers, ceramic, concrete, building material, silica, metal, natural or suynthetic fabric, paper or plastic.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen stickstoffhaltigen Photokatalysator auf der Basis von Titandioxid, der im sichtbaren Bereich photoaktiv ist und eine Kern-Schale-Struktur besitzt. Dieses neuartige Material wird im folgenden auch TiO2-NKS genannt.The present invention relates to a nitrogen-containing photocatalyst based on titanium dioxide, which is photoactive in the visible region and has a core-shell structure. This novel material is also called TiO 2 -NKS in the following.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines stickstoffhaltigen Titandioxids (TiO2-NKS), das bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht als Photokatalysator wirksam ist.The invention further relates to a process for producing a nitrogen-containing titanium dioxide (TiO 2 -NKS) which is effective as a photocatalyst when irradiated with visible light.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines stickstoffhaltigen Titandioxids mit Kern-Schale-Struktur.The The invention also relates to a device for producing a nitrogen-containing Titanium dioxide with core-shell structure.

Photokatalytische Materialien sind Halbleiter, bei denen unter Lichteinwirkung Elektron-Loch-Paare entstehen, die an der Materialoberfläche hochreaktive freie Radikale erzeugen. Titandioxid ist ein solcher Halbleiter. Es ist bekannt, daß Titandioxid natürliche und artifizielle Verunreinigungen in Luft und Wasser durch Bestrahlen mit UV-Licht entfernen kann, indem der Luftsauerstoff reduziert und die Verunreinigungen zu umweltfreundlichen Endprodukten oxidiert (mineralisiert) werden. Titandioxid wird außerdem als Photoanode in photoelektrochemischen Zellen zur solaren Stromerzeugung eingesetzt.Photocatalytic Materials are semiconductors in which under the influence of light electron-hole pairs arise, the highly reactive on the material surface free radicals produce. Titanium dioxide is one such semiconductor. It is known, that titanium dioxide natural and artificial impurities in air and water by irradiation can remove with UV light, by reducing the oxygen in the air and making the pollutants environmentally friendly End products are oxidized (mineralized). Titanium dioxide is also known as Photoanode in photoelectrochemical cells for solar power generation used.

Ein gravierender Nachteil von Titandioxid ist die Tatsache, daß es nur den UV-Anteil des Sonnenlichts, d.h. nur 3 bis 4% der Strahlung, nutzen kann und im diffusen Tageslicht entweder gar nicht oder nur sehr schwach katalytisch aktiv ist. Man versucht deswegen seit längerem, Titandioxid so zu modifizieren, daß es auch den Hauptanteil des photochemisch wirksamen Sonnenlichts – das sichtbare Spektralgebiet von etwa 400 bis etwa 700 nm – zur Erzeugung der genannten Phänomene nutzen kann. In photoelektrochemischen Zellen wird dies unter anderem durch Beschichtung der Titandioxidphotoanode mit einem Rutheniumbipyridylkomplex erreicht (z.B. EP 1 473 745 A1 ). In Systemen für den Abbau von Schadstoffen in Luft und Wasser mit sichtbarem Licht wir dies z.B. durch Dotierung mit Metallionen wie V, Pt, Cr, Fe usw. erreicht. Eine andere Möglichkeit ist die Erzeugung von Sauerstoff-Leerstellen im TiO2-Kristallgitter durch Reduktion des Ti4 +. Auch durch Dotierung von Titandioxid mit diversen Kohlenstoffspezies kann eine Aktivität mit sichtbarem Licht erhalten werden. Diese Materialien zeichnen sich durch eine graue Farbe aus ( JP 11333304 A , EP 0 997 191 A1 ). Alle bisher bekannten Verfahren erfordern meist aufwendige Herstellungstechniken wie Ionenimplantation oder Plasmabehandlung.A serious disadvantage of titanium dioxide is the fact that it can only use the UV component of the sunlight, ie only 3 to 4% of the radiation, and is either not at all or only very weakly catalytically active in diffuse daylight. Attempts have therefore been made for a long time to modify titanium dioxide so that it can also use the majority of the photochemically effective sunlight - the visible spectral range of about 400 to about 700 nm - to generate the aforementioned phenomena. In photoelectrochemical cells, this is achieved inter alia by coating the titanium dioxide photoanode with a ruthenium bipyridyl complex (eg EP 1 473 745 A1 ). In systems for the degradation of pollutants in air and water with visible light, this is achieved, for example, by doping with metal ions such as V, Pt, Cr, Fe, etc. Another possibility is the generation of oxygen vacancies in the TiO 2 crystal lattice by reduction of the Ti 4 + . Also, by doping titanium dioxide with various carbon species, visible light activity can be obtained. These materials are characterized by a gray color ( JP 11333304 A . EP 0 997 191 A1 ). All previously known methods usually require complex production techniques such as ion implantation or plasma treatment.

Zahlreiche Patente beschreiben Stickstoff-modifiziertes Titandioxid, das bei Bestrahlung im sichtbaren Bereich photokatalytisch wirksam ist (z.B. EP 1 178 011 A1 , EP 1 174 392 A1 , EP 1 065 169 B1 und). In allen Schriften wird ausgehend von einem Titansalz oder Titanalkoholat durch Hydrolyse mit Ammoniak oder einem seiner Derivate zunächst ein stickstoffhaltiges Titanhydroxid ausgefällt, welches dann anschließend bei Temperaturen von 250–500°C calciniert wird. In EP 1 254 863 A1 wird ein Verfahren beansprucht, in dem Titandioxid und/oder Titanhydroxid mit Ammoniak oder einem seiner Derivate auf Temperaturen zwischen 250–500°C erhitzt wird.Numerous patents describe nitrogen-modified titanium dioxide, which is photocatalytically active when irradiated in the visible range (eg EP 1 178 011 A1 . EP 1 174 392 A1 . EP 1 065 169 B1 and). In all publications, starting from a titanium salt or titanium alcoholate by hydrolysis with ammonia or one of its derivatives, first a nitrogen-containing titanium hydroxide is precipitated, which is then subsequently calcined at temperatures of 250-500 ° C. In EP 1 254 863 A1 a process is claimed in which titanium dioxide and / or titanium hydroxide with ammonia or one of its derivatives is heated to temperatures between 250-500 ° C.

In einigen Publikationen wurde über stickstoffmodifiziertes Titandioixd berichtet (a) S. Sato, Chem. Phys. Lett. 1986, 123, 126 ; b) R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, A. Aoki, Y. Taga, Science 2001, 293, 269 ; c) T. Morikawa, R. Asahi, T. Ohwaki, A. Aoki, Y. Taga, Jpn. J. Appl. Phys. 2001, 40, 561 ; d) S. Sakthivel, H. Kisch, ChemPhysChem, 2003, 4, 487 ; e) T. Lindgren, J. M. Mwabora, E. Avendano, J. Jansson, A. Hoel, C-G. Grangvist, S-E. Lindquist, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5709 ; f) H. Irie, Y. Watanabe, K. Hashimoto, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5483 ; g) S. Sakthivel, M. Janczarek, H. Kisch, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19384 ; h) M. Miyauchi, A. Ikezawa, H. Tobimatsu, H. Irie, K. Hashimoto, PhysChemChemPhys, 2004, 6, 865 ; i) O. Diwald, T. L. Thomson, T. Zubkov, Ed. G. Goralski, S. D. Walck, J. T. Yates, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6004 ; j) D. Li, H. Haneda, S. Hishita, N. Ohashi, Mater. Sci. Engg. B, 2005, 117, 67 ; k) S. Livraghi, A. Votta, M. C. Paganini, E. Giamello, Chem. Commun. 2005, 498 ; I) Y. Nosaka, M. Matsushita, J. Nishino, A. Y. Nosaka, Science and Technology of Advanced Materials 2005, 6, 143 . m) C. Burda, Y. Lou, X. Chen, A. C. S. Samia, J. D. Stout, J. L. Gole, Nano Lett. 2003, 3, 1049 ; n) J. L. Gole, J. D. Stout, C. Burda, Y. Lou, X. Chen, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1230 ). Die darin und auch in den Patentschriften beschriebenen Pulver (im Folgenden auch TiO2-N genannt) zeichnen sich durch ein Absorptionsspektrum aus, in welchem die steile Bandkantenabsorption bei etwa 406 nm beginnt und von einer schwachen in das sichtbare Gebiet bis etwa 550 nm reichenden Präabsorption flankiert ist. Im Gegensatz dazu besitzt TiO2-NKS keine schwache Präabsorptionsbande, sondern die starke Bandkantenabsorption beginnt schon bei 504 nm (siehe 1 und Tabelle 1). Dies bedeutet eine wesentlich stärkere Absorption von sichtbarem Licht wie z.B. Tageslicht im Vergleich zu den herkömmlichen TiO2-N – Pulvern und führt dazu, daß TiO2-NKS hervorragende photokatalytische Eigenschaften bei Anregung mit sichtbarem Licht besitzt. Ein weiterer Unterschied zu herkömmlichem TiO2-N besteht darin, daß erfindungsgemäßes TiO2-NKS eine Hyponitritspezies enthält, die im Infrarotspektrum eine charakteristische Bande bei 1329 cm–1 (in KBr), während diese in TiO2-N bei 1387 cm–1 (in KBr) liegt. Dementsprechend unterscheiden sich auch die N1s-Bindungsenergien; sie betragen 399,1 eV für TiO2-NKS (2A) und 396.0 bis 396.7 eV für das schon bekannte TiO2-N (bezogen auf die O1s-Bande bei 530 eV).In some publications, nitrogen-modified titanedioxide has been reported (a) Sato, Chem. Phys. Lett. 1986, 123, 126 ; b) R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, A. Aoki, Y. Taga, Science 2001, 293, 269 ; c) T. Morikawa, R. Asahi, T. Ohwaki, A. Aoki, Y. Taga, Jpn. J. Appl. Phys. 2001, 40, 561 ; d) S. Sakthivel, H. Kisch, ChemPhysChem, 2003, 4, 487 ; e) T. Lindgren, JM Mwabora, E. Avendano, J. Jansson, A. Hoel, CG. Grangvist, SE. Lindquist, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5709 ; f) H. Irie, Y. Watanabe, K. Hashimoto, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5483 ; G) S. Sakthivel, M. Janczarek, H. Kisch, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19384 ; H) M. Miyauchi, A. Ikezawa, H. Tobimatsu, H. Irie, K. Hashimoto, PhysChemChemPhys, 2004, 6, 865 ; i) O. Diwald, TL Thomson, T. Zubkov, Ed. G. Goralski, SD Walck, JT Yates, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6004 ; j) D. Li, H. Haneda, S. Hishita, N. Ohashi, Mater. Sci. Engg. B, 2005, 117, 67 ; k) S. Livraghi, A. Votta, MC Paganini, E. Giamello, Chem. Commun. 2005, 498 ; I) Y. Nosaka, M. Matsushita, J. Nishino, AY Nosaka, Science and Technology of Advanced Materials 2005, 6, 143 , m) C. Burda, Y. Lou, X. Chen, ACS Samia, JD Stout, JL Gole, Nano Lett. 2003, 3, 1049 ; n) JL Gole, JD Stout, C. Burda, Y. Lou, X. Chen, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1230 ). The powders described therein and also in the patents (hereinafter also referred to as TiO 2 -N) are distinguished by an absorption spectrum in which the steep band edge absorption begins at about 406 nm and from a weak pre-absorption reaching into the visible region up to about 550 nm flanked. In contrast, TiO 2 -NKS has no weak preabsorption band, but the strong band edge absorption starts at 504 nm (see 1 and Table 1). This means much greater absorption of visible light, such as daylight, compared to the conventional TiO 2 -N powders, and results in TiO 2 -NKS having excellent photocatalytic properties when excited by visible light. Another difference to conventional TiO 2 -N is that TiO 2 -NKS according to the invention contains a hyponitrite species which in the infrared spectrum has a characteristic band at 1329 cm -1 (in KBr), while in TiO 2 -N at 1387 cm -1 (in KBr). Accordingly, the N1s bonds also differ gies; they amount to 399.1 eV for TiO 2 -NKS ( 2A ) and 396.0 to 396.7 eV for the already known TiO 2 -N (based on the O1s band at 530 eV).

Der Nachteil der bekannten photokatalytischen Materialien liegt darin, daß die Verfahren zu deren Herstellung nicht für eine großtechnische Produktion geeignet sind.Of the Disadvantage of the known photocatalytic materials is that that the Process for their preparation not suitable for large-scale production are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit sichtbarem Licht photokatalytisch hochaktives Gelbpigment auf Basis eines mit Stickstoff modifizierten Titandioxids bereitzustellen und ein wirtschaftliches Verfahren sowie eine Vorrichtung zu seiner Herstellung anzugeben.Of the Invention is based on the object photocatalytic with visible light highly active yellow pigment based on a nitrogen-modified Provide titanium dioxide and an economical process and to provide a device for its production.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein stickstoffhaltiges Titandioxid (TiO2-NKS), welches erfindungsgemäß Hyponitrit und eine gegenüber reinem Titand/oxid signifikante Lichtabsorption im Bereich von λ ≥ 400 nm besitzt. Im Vergleich zu bisher bekannten stickstoffhaltigen Titandioxiden unterscheidet sich das neue Material dadurch, daß es eine nur mehrere Nanometer dünne Schale aus Hyponitritdotiertem Titandioixd und einen Kern aus unmodifiziertem Titandioxid besitzt (Kern-Schale-Teilchen). Die Unterschiede werden erfindungsgemäß durch Infrarot- und Diffuses Reflexionsspektrum sowie die Bindungsenergie der N1s-Elektronen dokumentiert.According to the invention, the object is achieved by a nitrogen-containing titanium dioxide (TiO 2 -NKS), which according to the invention has hyponitrite and a light absorption in the range of λ ≥ 400 nm that is significant compared to pure titanium oxide. Compared to previously known nitrogen-containing titanium dioxides, the new material differs in that it has a only several nanometers thin shell of hyponitritdotiertem Titandioixd and a core of unmodified titanium dioxide (core-shell particles). The differences are documented according to the invention by infrared and diffuse reflection spectrum and the binding energy of the N1s electrons.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Herstellungsverfahren gelöst, bei dem Titanhydroxid mit einer anorganischen oder organischen Stickstoffverbindung in wäßriger Suspension innig vermischt wird und das resultierende Pulver nach Waschen und Trocknen bei einer Temperatur von bis zu 400°C thermisch in einem Drehrohrofen behandelt wird.The Task is further solved by a manufacturing method, in the titanium hydroxide with an inorganic or organic nitrogen compound in aqueous suspension is intimately mixed and the resulting powder after washing and drying at a temperature of up to 400 ° C thermally in a rotary kiln is treated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegebenFurther advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims

Produktproduct

Das erfindungsgemäße TiO2-NKS zeigt eine höhere photokatalytische Wirksamkeit als die im Stand der Technik beschriebenen Typen. Als Maß der photokatalytischen Wirksamkeit (im Folgenden als „Photoaktivität" bezeichnet) dient der Abbau von 4-Chlorphenol durch eine definierte Menge TiO2-NKS bei 360-minütiger Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge ≥ 420 nm. Die Meßmethode ist unten im Detail beschrieben. Unter den genannten Meßbedingungen liegt die Photoaktivität des erfindungsgemäßen TiO2-NKS bei mindestens 40%, bevorzugt bei mindestens 60% insbesondere bei mindestens 70% (5). Die herausragende Aktivität von TiO2-NKS wird auch beim Abbau von Ameisensäure dokumentiert. Während TiO2-N inaktiv ist, induziert TiO2-NKS einen Abbau von mehr als 60% (6).The TiO 2 -NKS according to the invention exhibits a higher photocatalytic activity than the types described in the prior art. As a measure of the photocatalytic activity (hereinafter referred to as "photoactivity") is the degradation of 4-chlorophenol by a defined amount of TiO 2 -NKS with 360-minute irradiation with light of wavelength ≥ 420 nm. The measuring method is described in detail below. Under the measurement conditions mentioned, the photoactivity of the TiO 2 -NKS according to the invention is at least 40%, preferably at least 60%, in particular at least 70% ( 5 ). The outstanding activity of TiO 2 -NKS is also documented in the decomposition of formic acid. While TiO 2 -N is inactive, TiO 2 -NKS induces a degradation of more than 60% ( 6 ).

Der Stickstoffgehalt liegt von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf TiO2, bevorzugt 0,1 bis 3,0 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 0,09 bis 2,0 Gew.-%. Beste Ergebnisse werden bei Stickstoffgehalten von 0,09 bis 1,1 Gew.-% erzielt. Die Titandioxidpartikel TiO2-NKS sind dadurch gekennzeichnet, daß sie nur in einer Oberflächenschicht (Schale) Stickstoff enthalten, während der Kern aus unmodifiziertem Titandioxid besteht. Die etwa 3 bis 10 nm dünne Schale ist dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff vermutlich als cis-Hyponitrit (N2O2 2–) vorliegt, wie aus der Lage der ☐(N=N)-Valenzschwingung bei 1329 cm–1 (KBr) und der mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) gemessenen N1s-Bindungsenergie von 399,1 eV (bezogen auf die O1s-Bande bei 530 eV) folgt. Im Gegensatz dazu liegen diese Werte im schon bekannten TiO2-N bei 1387 cm–1 bzw. 396,0–396,7 eV. Das Hyponitrit des erfindungsgemäßen TiO2-NKS ist vermutlich in erster Linie kovalent über die Sauerstoffatome chelatartig an Titanatome gebunden.The nitrogen content is from 0.5 to 10 wt .-% based on TiO 2 , preferably 0.1 to 3.0 wt .-% and particularly preferably 0.09 to 2.0 wt .-%. Best results are achieved at nitrogen contents of 0.09 to 1.1 wt%. The titanium dioxide particles TiO 2 -NKS are characterized in that they contain nitrogen only in a surface layer (shell), while the core consists of unmodified titanium dioxide. The approximately 3 to 10 nm thin shell is characterized in that nitrogen is thought to be present as cis-hyponitrite (N 2 O 2 2- ), as shown by the location of the ☐ (N = N) valence vibration at 1329 cm -1 (KBr) and the N1s binding energy of 399.1 eV (based on the O1s band at 530 eV) measured by means of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In contrast, these values in the already known TiO 2 -N are 1387 cm -1 and 396.0-396.7 eV, respectively. The hyponitrite of the TiO 2 -NKS according to the invention is believed to be primarily covalently bound to titanium atoms via the oxygen atoms in a chelate manner.

Der neue Photokatalysator ermöglicht einen Schadstoffabbau mit sichtbarem Licht. Er kann daher zum Abbau von Verunreinigungen und Schadstoffen in Flüssigkeiten oder Gasen, insbesondere in Wasser und Luft, verwendet werden.Of the new photocatalyst allows Pollutant degradation with visible light. He can therefore break down of impurities and pollutants in liquids or gases, in particular in water and air.

Der Photokatalysator kann vorteilhaft auf verschiedene kompakte oder poröse Träger wie Glas (normal und verspiegelt), Holz, Fasern, Keramik, Beton, Baustoffe, SiO2, Metalle, natürliches und künstliches Gewebe, Papier und Kunststoffe als dünne Schicht aufgebracht werden. Zusammen mit der einfachen Herstellung eröffnen sich dadurch Anwendungsmöglichkeiten in vielfältigen Bereichen wie z.B. in der Bau-, Keramik- und Fahrzeugindustrie für selbstreinigende Oberflächen oder in der Umwelttechnik (Klimageräte, Geräte zur Luftreinigung und Luftsterilisierung und bei der Wasserreinigung, insbesondere Trinkwasser).The photocatalyst can be advantageously applied to various compact or porous supports such as glass (normal and mirrored), wood, fibers, ceramics, concrete, building materials, SiO 2 , metals, natural and artificial fabric, paper and plastics as a thin layer. Together with the simple production, this opens up application possibilities in a variety of areas, such as in the construction, ceramics and vehicle industries for self-cleaning surfaces or in environmental technology (air conditioning units, devices for air purification and air sterilization and water purification, especially drinking water).

Der Photokatalysator kann in Beschichtungen für den Innen- und Außenbereich wie z.B. Farben, Putzen, Lacken und Lasuren für die Applikation auf Mauerwerk, Putzoberflächen, Anstrichen, Tapeten und Holz-, Metall-, Glas- oder Keramikoberflächen oder auf Bauteilen wie beispielsweise Wärmedämmverbundsystemen und vorgehängten Fassadenelementen Einsatz finden, sowie in Straßenbelägen und in Kunststoffen, Fasern und Papier. Der Photokatalysator kann darüber hinaus bei der Produktion von Betonfertigteilen, Dachziegeln, Keramik, Fliesen, Tapeten, Geweben, Panelen und Verkleidungselementen für Decken und Wände im Innen- und Außenbereich verwendet werden. Als Innenbereich sind in diesem Zusammenhang auch insbesondere beleuchtete Straßenunterführungen (z.B. Autobahntunnels) zu sehen.Of the Photocatalyst can be used in coatings for indoor and outdoor use such as. Paints, plasters, lacquers and glazes for masonry applications, Plaster surfaces, Paintings, wallpaper and wood, metal, glass or ceramic surfaces or on components such as thermal insulation systems and curtain wall elements Find employment, as well as in road coverings and in plastics, fibers and paper. In addition, the photocatalyst can in the production of precast concrete products, roofing tiles, ceramics, Tiles, wallpapers, fabrics, panels and coverings for ceilings and walls indoors and outdoors be used. As interior are in this context too especially illuminated street underpasses (e.g., highway tunnels).

Der Photokatalysator eignet sich insbesondere zur Verwendung in Photovoltaikzellen. Dabei wird TiO2-NKS in dünner Schicht auf ein leitendes Glasplättchen, wie zum Beispiel Indium-Zinn-dotiertes Glas, aufgebracht und zusammen mit einer metallischen Gegenelektrode in einen Redoxelektrolyten, beispielweise Jod/Jodid, getaucht. Bei Belichtung der TiO2-NKS-Elektrode tritt zwischen beiden Elektroden eine elektrische Spannung auf.The photocatalyst is particularly suitable for use in photovoltaic cells. In this case, TiO 2 -NKS is applied in a thin layer on a conductive glass plate, such as indium-tin-doped glass, and dipped together with a metallic counter electrode in a redox electrolyte, for example iodine / iodide. Upon exposure of the TiO 2 -NKS electrode, an electrical voltage occurs between the two electrodes.

Das erfindungsgemäße TiO2-NKS wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 näher beschrieben.The TiO 2 -NKS according to the invention is described below with reference to 1 to 7 described in more detail.

1A zeigt die Absorbanz für unmodifiziertes TiO2 (Kurve a), für das schon bekannte stickstoffdotierte TiO2-N (Kurve b) und für das Kern-Schale-Material TiO2-NKS (Kurve c) als Funktion der Wellenlänge und läßt erkennen, daß im Unterschied zu unmodifiziertem Titandioxid und TiO2-N das TiO2-NKS eine steile Bandkantenabsorption im sichtbaren Spektralgebiet besitzt. Die Kubelka-Munk-Funktion F(R) ist proportional zur Absorbanz. 1B zeigt die aus 1A abgeleitete Auftragung der modifizierten Kubelka-Munk-Funktion in Abhängigkeit von der Lichtenergie. Aus dem Schnittpunkt des linearen Kurvenabfalls mit der Abszisse ergibt sich der Bandabstand. 1A shows the absorbance for unmodified TiO 2 (curve a), for the already known nitrogen-doped TiO 2 -N (curve b) and for the core-shell material TiO 2 -NKS (curve c) as a function of the wavelength and indicates that unlike unmodified titanium dioxide and TiO 2 -N, the TiO 2 -NKS has a steep band edge absorption in the visible spectral region. The Kubelka-Munk function F (R ) is proportional to the absorbance. 1B shows the off 1A derived plot of the modified Kubelka-Munk function as a function of the light energy. From the intersection of the linear curve drop with the abscissa results in the band gap.

2A enthält das Röntgen-Photoelektronenspektrum (XPS) des erfindungsgemäßen TiO2-NKS vor (Kurve a1) und nach zwei Minuten Sputtern mit Argonionen; dies entspricht dem Entfernen einer etwa 3–4 nm dicken Oberflächenschicht (Kurve a2). 2A contains the X-ray photoelectron spectrum (XPS) of the TiO 2 -NKS according to the invention before (curve a 1 ) and after two minutes sputtering with argon ions; This corresponds to the removal of an approximately 3-4 nm thick surface layer (curve a 2 ).

2B zeigt das Pulverdiffraktogramm von TiO2-NKS; (*) Anatas, (+) Brookit. Die nach der Scherrer-Methode berechnete Kristallitgröße liegt bei 10 nm. Die nach der Brunnauer-Emmet-Teller (BET) bestimmte spezifische Oberfläche beträgt 170 m2/g. 2 B shows the powder diffractogram of TiO 2 -NKS; (*) Anatas, (+) brookite. The calculated by the Scherrer method crystallite size is 10 nm. The determined according to the Brunnauer-Emmet plate (BET) specific surface area is 170 m 2 / g.

3 zeigt die Variation der Photospannung in Abhängigkeit vom pH-Wert. Aus dem Wendepunkt läßt sich das Quasi-Ferminiveau der Elektronen (nEF*) erhalten (nach der Methode von A. M. Roy, G. C. De, N. Sasmal, S. S. Bhattacharyya, Int. J. Hydrogen Energy 1995, 20, 627 ). Es liegt für TiO2 bei –0.63 V (Kurve a), für TiO2-NKS bei –0.56 V (Kurve b) und für unmodifiziertes TiO2 bei –0.47 V (Tabelle 1). 3 shows the variation of the photovoltage depending on the pH. From the inflection point, the quasi-Fermi level of the electrons ( n E F *) can be obtained (according to the method of AM Roy, GC De, N. Sasmal, SS Bhattacharyya, Int. J. Hydrogen Energy 1995, 20, 627 ). For TiO 2 it is -0.63 V (curve a), for TiO 2 -NKS it is -0.56 V (curve b) and for unmodified TiO 2 it is -0.47 V (table 1).

4 faßt die aus der Quasi-Fermienergie und dem Bandabstand bestimmten Bandkanten sowie die aus dem Absorptionsbeginn (1A) entnommene Lage der Oberflächenzustände (schraffiertes Gebiet) zusammen. Alle Potentiale gelten für pH 7 und sind auf die Normalwasserstoffelektrode bezogen. (a) TiO2, (b) TiO2-N, (c) TiO2-NKS. 4 summarizes the band edges determined from the quasi-Fermi energy and the band gap as well as those from the absorption beginning ( 1A ) taken together position of the surface states (hatched area) together. All potentials apply to pH 7 and are based on the normal hydrogen electrode. (a) TiO 2 , (b) TiO 2 -N, (c) TiO 2 -NKS.

5 zeigt die Photomineralisierung von 4-Chlorophenol (c = 2.5 × 10–4 mol L–1, TOC0 und TOCt = Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff der Reaktionslösung zu den Zeiten 0 und t Minuten, λ ≥ 420 nm; (a) TiO2, (b) TiO2-N, (c) TiO2-NKS. 5 shows the photoineralization of 4-chlorophenol (c = 2.5 × 10 -4 mol L -1 , TOC 0 and TOC t = total organic carbon content of the reaction solution at times 0 and t minutes, λ ≥ 420 nm; (a) TiO 2 , (b) TiO 2 -N, (c) TiO 2 -NKS.

6 beschreibt die Photomineralisierung einiger Schadstoffe in Gegenwart von TiO2-NKS, λ ≥ 420 nm; (a) Hydrochinon (2.5 × 10–4 mol L–1), (b) Ameisensäure (1 × 10–3 mol L–1), (c) Trichlorethylen (2.5 × 10–4 mol L–1); (d) Photomineralisierung von Ameisensäure (1 × 10–3 mol L–1) in Gegenwart von TiO2-N. Vergleich der Kurven b und d verdeutlicht die hochwirksame Photoaktivität von TiO2-NKS im Vergleich zu TiO2. 6 describes the photomineralization of some pollutants in the presence of TiO 2 -NKS, λ ≥ 420 nm; (a) hydroquinone (2.5 x 10 -4 mol L -1 ), (b) formic acid (1 x 10 -3 mol L -1 ), (c) trichlorethylene (2.5 x 10 -4 mol L -1 ); (d) Photomineralization of formic acid (1 × 10 -3 mol L -1 ) in the presence of TiO 2 -N. Comparison of curves b and d illustrates the highly effective photoactivity of TiO 2 -NKS compared to TiO 2 .

7 faßt den Abbau von Acetaldehyd (a, 5 vol.-%), Benzol (b, 5 vol.-%) und Kohlenmonoxid (c, 5 vol.-%) in Gegenwart von TiO2-NKS zusammen; λ ≥ 420 nm. Als Reaktionsgefäß diente ein 100 ml Glaszylinder, bestückt mit einer 9 × 2.5 cm großen mit Kieselgel beschichteten Glasplatte, auf die 50 mg TiO2-NKS aufgebracht waren. Die Konzentrationsabnahme der Schadstoffe und Bildung von Kohlendioxid wurden mittels Infrarotspektroskopie verfolgt. 7 summarizes the decomposition of acetaldehyde (a, 5 vol .-%), benzene (b, 5 vol .-%) and carbon monoxide (c, 5 vol .-%) in the presence of TiO 2 -NKS together; λ ≥ 420 nm. The reaction vessel used was a 100 ml glass cylinder equipped with a 9 × 2.5 cm silica gel-coated glass plate to which 50 mg TiO 2 NKS had been applied. The decrease in the concentration of pollutants and the formation of carbon dioxide were monitored by infrared spectroscopy.

8 zeigt das unter N2-Atmosphäre gemessene Aktionsspektrum des Photostroms einer photoelektrochemischen Zelle bestehend aus einer mit TiO2-NKS beschichteten Indiumzinnoxid-Glaselektrode, einer Platingegenelektrode und einer Ag/AgCl (3 mol L–1 KCl) Referenzelektrode; 0,1 mol L–1 LiClO4 und Kl/Kl3. IPCE: die auf die Intensität des einfallenden Lichts bezogene Stromausbeute (Incident Photon to Current Efficiency); dies sind Mindestwerte, da Verluste durch Streuung und Reflexion nicht berücksichtigt wurden. 8th shows the measured under N 2 atmosphere action spectrum of the photocurrent of a photoelectrochemical cell consisting of a coated with TiO 2 -NKS indium tin oxide glass electrode, a platinum counter electrode and an Ag / AgCl (3 mol L -1 KCl) reference electrode; 0.1 mol L -1 LiClO 4 and Kl / Kl 3 . IPCE: the incident photon to current efficiency based on the intensity of the incident light; these are minimum values because losses due to scattering and reflection have not been taken into account.

Herstellungmanufacturing

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einer Titanverbindung aus, die in Form eines amorphen, teilkristallinen oder kristallinen Titanhydroxids und/oder eines Titanhydrats und/oder Titanoxyhydrats vorliegt und die im folgenden als Ausgangstitanverbindung bezeichnet wird.The inventive method is based on a titanium compound in the form of an amorphous, semi-crystalline or crystalline titanium hydroxide and / or a Titanium hydrate and / or titanium oxyhydrate is present and in the following is referred to as the starting titanium compound.

Die Ausgangstitanverbindung kann beispielsweise bei der Titandioxidherstellung entweder nach dem Sulfatverfahren oder nach dem Chloridverfahren erzeugt wer den. Titanhydrat bzw. Titanoxyhydrat oder Metatitansäure wird z.B. bei der Hydrolyse von Titanylsulfat oder Titanylchlorid ausgefällt.The For example, starting titanium compound can be used in titanium dioxide production either by the sulphate process or by the chloride process be generated. Titanium hydrate or titanium oxyhydrate or metatitanic acid is e.g. precipitated in the hydrolysis of titanyl sulfate or titanyl chloride.

Die Ausgangstitanverbindung kann als feinkörniger Feststoff oder in Suspension mit einem entsprechenden Feststoffanteil von mindestens 15 Gew.-% vorliegen, wobei die spezifische Oberfläche des Feststoffs mindestens 50 m2/g nach BET, bevorzugt etwa 150 bis 250 m2/g nach BET beträgt.The starting titanium compound can be present as a fine-grained solid or in suspension with a corresponding solids content of at least 15% by weight, the specific surface area of the solid being at least 50 m 2 / g according to BET, preferably about 150 to 250 m 2 / g according to BET.

Die anorganische oder organische Stickstoffverbindung hat eine Zersetzungstemperatur von höchstens 400°C, besser < 200°C, vorzugsweise < 300°C. Als geeignet haben sich vor allem Ammoniumsalze und Harnstoff erwiesen.The Inorganic or organic nitrogen compound has a decomposition temperature from at most 400 ° C, better <200 ° C, preferably <300 ° C. As suitable especially ammonium salts and urea have been found.

Die Ausgangstitanverbindung wird mit der Stickstoffverbindung innig gemischt in der Weise, daß eine Oberflächenbelegung der Ausgangstitanverbindung mit der Stickstoffverbindung stattfindet. Die gegebenenfalls vorgetrocknete Mischung wird thermisch bei Temperaturen von maximal 400°C behandelt. Dabei kommt es zur Zersetzung der Stickstoffverbindung an der Oberfläche der Ausgangstitanverbindung. Der Reaktionsfortschritt kann durch Messung der Diffusen Reflexionsspektren verfolgt werden. Die thermische Behandlung wird abgebrochen, wenn die Kubelka-Munk-Funktion bei 450 nm unter 20% des Werts bei 300 nm sinkt. In Abhängigkeit von der Natur der verwendeten Stickstoffverbindung ist es günstig, das erhaltene Pulver durch Waschen mit Wasser von unerwünschten Zersetzungsprodukten zu befreien. Die thermische Behandlung wird bevorzugt so durchgeführt, daß ein Produkt (TiO2-NKS) mit einem Stickstoffgehalt von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf TiO2, bevorzugt 0,1 bis 3,0 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 0,09 bis 2,0 Gew.-% entsteht. Beste Ergebnisse ergeben sich bei Stickstoffgehalten 0,09 bis 1,1 Gew.-%.The starting titanium compound is intimately mixed with the nitrogen compound in such a manner as to surface-coat the starting titanium compound with the nitrogen compound. The optionally pre-dried mixture is thermally treated at temperatures of at most 400 ° C. This results in the decomposition of the nitrogen compound on the surface of the starting titanium compound. The progress of the reaction can be monitored by measuring the diffuse reflectance spectra. The thermal treatment is discontinued when the Kubelka-Munk function at 450 nm falls below 20% of the value at 300 nm. Depending on the nature of the nitrogen compound used, it is advantageous to rid the resulting powder by washing with water of undesirable decomposition products. The thermal treatment is preferably carried out so that a product (TiO 2 -NKS) having a nitrogen content of 0.5 to 10 wt .-% based on TiO 2 , preferably 0.1 to 3.0 wt .-% and particularly preferably at 0.09 to 2.0 wt .-% arises. Best results are obtained at nitrogen contents 0.09 to 1.1 wt .-%.

Das Endprodukt zeichnet sich durch eine tiefgelbe Färbung aus. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schale aus Stickstoff-dotiertem Titandioxid und einen Kern aus reinem Titandioxid enthält. Die spezifische Oberfläche nach BET liegt bei 100 bis 250 m2/g, vorzugsweise 150 bis 190 m2/g. Das erfindungsgemäße TiO2-NKS ermöglicht Schadstoffabbau und photoelektrochemische Stromerzeugung mit sichtbarer Licht.The end product is characterized by a deep yellow color. It is characterized by containing a shell of nitrogen-doped titanium dioxide and a core of pure titanium dioxide. The BET specific surface area is 100 to 250 m 2 / g, preferably 150 to 190 m 2 / g. The TiO 2 -NKS according to the invention enables pollutant degradation and photoelectrochemical power generation with visible light.

BeispieleExamples

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele genauer beschrieben, ohne daß dadurch der Umfang der Erfindung eingeschränkt werden soll.The Invention will be described in more detail with reference to the following examples, without thereby the Limited scope of the invention shall be.

Beispiel 1:Example 1:

Eine wäßrige Suspension von 3 g Titanhydroxid in 50 mL Wasser wird mit 1,5 g Harnstoff versetzt und 1 h bei Raumtemperatur magnetisch gerührt. Nach Entfernen des Wassers im Vakuum bei 60°C wird der Rückstand 30 min in einem Labortrockenschrank bei 100°C getrocknet. 1 g des resultierenden Pulvers wird in einem 15 mL Schlenkrohr an der Luft 1 h bei 400°C behandelt. Das so erhaltene tiefgelbe Pulver wird dreimal mit destilliertem Wasser gewaschen und bei 70°C getrocknet.A aqueous suspension of 3 g of titanium hydroxide in 50 ml of water is mixed with 1.5 g of urea and stirred magnetically at room temperature for 1 h. After removing the water in vacuo at 60 ° C becomes the backlog Dried for 30 min in a laboratory drying oven at 100 ° C. 1 g of the resulting Powder is treated in air in a 15 mL Schlenk tube for 1 h at 400 ° C. The resulting deep yellow powder is distilled three times Washed water and at 70 ° C dried.

Beispiel 2:Example 2:

Analoges Vorgehen wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß statt Titanhydroxid ein Titanoxidhydrat eingesetzt wird.analog Procedure as in Example 1 with the difference that instead Titanium hydroxide is used a titanium oxide hydrate.

Beispiel 3Example 3

Analoges Vorgehen wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß statt Titanhydroxid Titanoxyhydrat eingesetzt wird.analog Procedure as in Example 1 with the difference that instead Titanium hydroxide titanium oxyhydrate is used.

Beispiel 4:Example 4:

Vorgehen wie in Beispielen 1–3 mit dem Unterschied, daß statt Harnstoff eine anorganische Verbindung, vorzugsweise ein Ammoniumsalz eingesetzt wird.Action as in Examples 1-3 with the difference that instead Urea an inorganic compound, preferably an ammonium salt is used.

Beispiel 5:Example 5:

Vorgehen wie in Beispielen 1–3 mit dem Unterschied, daß statt Harnstoff ein organisches Ammoniumsalz eingesetzt wird.Action as in Examples 1-3 with the difference that instead Urea an organic ammonium salt is used.

Beispiel 6:Example 6:

Vorgehen wie in Beispielen 1–3 mit dem Unterschied, daß statt Harnstoff eine andere organische Stickstoffverbindung eingesetzt wird, in der Stickstoff in einer Oxidationsstufe von –III bis +1 vorliegt.Action as in Examples 1-3 with the difference that instead Urea used another organic nitrogen compound is in the nitrogen in an oxidation state of -III to +1 is present.

Beispiel 7:Example 7:

Zur Beschichtung einer Kunststoff-Folie wird ein nach den Beispielen 1–6 hergestelltes Pulver im Ultraschallbad in einer Flüssigkeit wie Wasser, Methanol oder Ethanol suspendiert und die resultierende Suspension mittels einer Sprühflasche möglichst dünn auf die Folie aufgebracht. Nach anschließender Trocknung bei 70°C kann die Beschichtung bis zum Erreichen der gewünschten Schichtdicke wiederholt werden. Anstelle der Kunststoff-Folie kann ein anderer Träger wie z.B. Papier (siehe Versuch gemäß 7) oder ein Metall wie z.B. Aluminium verwendet werden.For coating a plastic film, a powder prepared according to Examples 1-6 is suspended in an ultrasonic bath in a liquid such as water, methanol or ethanol, and the resulting suspension is applied as thin as possible to the film by means of a spray bottle. After subsequent drying at 70 ° C, the coating can be repeated until reaching the desired layer thickness. Instead of the plastic film, another carrier such as paper (see experiment according to 7 ) or a metal such as aluminum may be used.

Beispiel 8Example 8

Ein Indiumzinnoxidglasplättchen (2,5 × 1,5 cm) wird mit Aceton gewaschen, eine Minute lang in kochender 0,1 mol L–1 NaOH geätzt und nach Waschen mit Wasser im Stickstoffstrom getrocknet. Anschließend werden 0,1 mL einer Suspension von 5 mg TiO2-NKS in 0,4 mL Wasser auf das Plättchen aufgebracht und die so beschichtete Elektrode mit warmer Luft getrocknet. Nach Kontaktierung mit einem Kupferdraht und Isolierung der unbeschichteten Teile z.B. mit Parafilm ist die TiO2-NKS-Elektrode einsatzfähig (siehe 8).An indium tin oxide glass flake (2.5 x 1.5 cm) is washed with acetone, etched for one minute in boiling 0.1 mol L- 1 NaOH and dried after washing with water in a stream of nitrogen. Subsequently, 0.1 ml of a suspension of 5 mg of TiO 2 -NKS in 0.4 ml of water are applied to the platelet and the electrode thus coated is dried with warm air. After contacting with a copper wire and insulating the uncoated parts, eg with Parafilm, the TiO 2 -NKS electrode is ready for use (see 8th ).

Meßmethodenmeasurement methods

a) Bestimmung der Photoaktivität (Schadstoffabbau) mit sichtbaren Licht:a) Determination of photoactivity (pollutant degradation) with visible light:

15 mg des TiO2-NKS werden in 15 mL einer 2,5 × 10–4 molaren Lösung von 4-Chlorphenol 10 Minuten im Ultraschallbad dispergiert und anschließend in einer wassergekühlten Rundküvette auf einer optischen Bank belichtet (Lampengehäuse AMKO Mod. A1020, Brennweite 30 cm, Osram XBO 150 W Xenon-Kurzbogenlampe). Die Reaktionen werden in einer 15 mL fassenden, wassergekühlten Rundküvette mit einem Innendurchmesser von 3 cm und einer Schichtdicke von 2 cm durchgeführt. Die Reaktionssuspension wird mit einem seitlich angebrachten Rührmotor und Rührmagneten gerührt. Zur Eliminierung von UV-Licht wird in den Strahlengang ein Kantfilter (Fa. Schott) eingebracht, dessen Durchlässigkeit bei λ ≥ 420 nm liegt. Zur Verhinderung einer Erwärmung des Reaktionsraumes durch die Belichtung wird ein IR-Filter in den Strahlengang montiert. Es besteht aus einem mit Wasser gefüllten Zylinder (Durchmesser 6 cm, Länge 10 cm).15 mg of the TiO 2 -NKS are dispersed in 15 mL of a 2.5 × 10 -4 molar solution of 4-chlorophenol for 10 minutes in an ultrasonic bath and then exposed in a water-cooled round cuvette on an optical bench (lamp housing AMKO Mod. A1020, focal length 30 cm, Osram XBO 150 W xenon short arc lamp). The reactions are carried out in a 15 mL, water-cooled round cuvette with an inner diameter of 3 cm and a layer thickness of 2 cm. The reaction suspension is stirred with a side-mounted stirring motor and stirring magnet. To eliminate UV light, a Kant filter (Schott company) whose permeability is λ ≥ 420 nm is introduced into the beam path. To prevent heating of the reaction space by the exposure, an IR filter is mounted in the beam path. It consists of a water-filled cylinder (diameter 6 cm, length 10 cm).

Die Abnahme der Konzentration an 4-Chlorphenol wird mittels UV-Spektroskopie (λ = 224 nm) oder im Falle des Abbaus (Mineralisierung) über Messung des Gesamtgehalts an organischem Kohlenstoff (TOC-Wert) verfolgt.The Decrease in the concentration of 4-chlorophenol is determined by UV spectroscopy (λ = 224 nm) or, in the case of degradation (mineralization), by measuring the total content followed by organic carbon (TOC value).

Abbau von Acetaldehydgas, Benzoldampf und Kohlenmonooxid:Degradation of acetaldehyde gas, benzene vapor and carbon monoxide:

Auf eine mit Kieselgel beschichtete Glasplatte (9 × 2,5 cm, Kieselgur F 254 Merck) werden 3 mL einer Suspension von 50 mg TiO2-NKS aufgebracht und über Nacht bei Raumtemperatur an der Luft getrocknet. Die so erhaltene Photokatalysatorplatte wird in einem 100 mL Glaskolben unter luftgesättigtem Acetaldehydgas (5 Vol.-%) oder Benzoldampf (5 Vol.-%) bzw. Kohlenmonoxid (5 Vol.-%) auf der optischen Bank belichtet. Die Konzentrationsabnahme der Schadstoffe und die Bildung von Kohlendioxid wurden mittels IR-Spektroskopie verfolgt.3 ml of a suspension of 50 mg of TiO 2 -NKS are applied to a glass plate coated with silica gel (9 × 2.5 cm, diatomaceous earth F 254 Merck) and dried in air overnight at room temperature. The photocatalyst plate thus obtained is exposed in a 100 ml glass flask under air-saturated acetaldehyde gas (5 vol.%) Or benzene vapor (5 vol.%) Or carbon monoxide (5 vol.%) On the optical bench. The decrease in the concentration of pollutants and the formation of carbon dioxide were monitored by IR spectroscopy.

b) Bestimmung des Gesamtkohlenstoffgehaltsb) Determination of the total carbon content

Die Bestimmung erfolgt als gesamter organischer Kohlenstoffgehalt (TOC) mit dem Kohlenstoffanalysator Shimadzu Total Carbon Analyzer TOC-500/5050.The Determination as total organic carbon content (TOC) with the carbon analyzer Shimadzu Total Carbon Analyzer TOC-500/5050.

c) XPS-Messungenc) XPS measurements

Zur Messung der Bindungsenergien wurde das Gerät Phi 5600 ESCA Spektrometer (pass energy of 23,50 eV; Al standard; 300,0 W; 45,0°) verwendet.to Measurement of binding energies was the device Phi 5600 ESCA spectrometer (pass energy of 23.50 eV, Al standard, 300.0 W, 45.0 °) used.

Claims (28)

Stickstoffhaltiger Photokatalysator auf der Basis von Titandioxid mit einer gegenüber reinem Titandioxid signifikanten Lichtabsorption im Bereich von λ ≥ 400 nm, gekennzeichnet durch eine starke Absorptionsbande bei einer Bindungsenergie von 399,1 eV im Röntgen-Photoelektronenspektrum (XPS) bezogen auf die O1s-Bande bei 530 eV und durch eine N=N-Valenzschwingung bei 1329 cm–1 (in KBr) im Infrarotspektrum.Nitrogen-containing photocatalyst based on titanium dioxide with a significant compared to pure titanium dioxide light absorption in the range of λ ≥ 400 nm, characterized by a strong absorption band at a binding energy of 399.1 eV in the X-ray photoelectron spectrum (XPS) based on the O1s band at 530 eV and by an N = N stretching vibration at 1329 cm -1 (in KBr) in the infrared spectrum. Stickstoffhaltiger Photokatalysator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Stickstoff als Hyponitrit vorliegt.Nitrogen-containing photocatalyst according to claim 1, characterized in that the nitrogen is present as hyponitrite. Stickstoffhaltiger Photokatalysator auf der Basis von Titandioxid mit einer gegenüber reinem Titandioxid signifikanten Lichtabsorption im Bereich von λ ≥ 400 nm gekennzeichnet durch eine steil aufsteigende Absorptionskante bei 500 nm und durch eine Absorbanz (Kubelka-Munk-Funktion F(R), die bei 450 nm mindestens 20% der Absorbanz bei 300 nm beträgt.Nitrogen-containing photocatalyst based on titanium dioxide with a significant compared to pure titanium dioxide light absorption in the range of λ ≥ 400 nm characterized by a steep rising absorption edge at 500 nm and by an absorbance (Kubelka-Munk function F (R ), which at 450 nm at least 20% of the absorbance at 300 nm. Stickstoffhaltiger Photokatalysator auf der Basis von Titandioxid mit einer gegenüber reinem Titandioxid signifikanten Lichtabsorption im Bereich von λ ≥ 400 nm gekennzeichnet durch eine Photoaktivität von mindestens 40% bevorzugt mindestens 60% und insbesondere mindestens 70%.Nitrogen-containing photocatalyst on the base of titanium dioxide with one opposite pure titanium dioxide marked significant light absorption in the range of λ ≥ 400 nm through a photoactivity of at least 40% preferably at least 60% and in particular at least 70%. Photokatalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein Stickstoffgehalt im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf TiO2, bevorzugt 0,1 bis 3,0 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 0,09 bis 2,0 Gew.-% liegt.Photocatalyst according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that its nitrogen content in the range of 0.5 to 10 wt .-% based on TiO 2 , preferably 0.1 to 3.0 wt .-% and particularly preferably at 0.09 to 2.0 wt .-% is. Photokatalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dadurch, daß der Stickstoff nur in einer wenige Nanometer dünnen Oberflächenschicht der Titandioxid-Partikel eingelagert ist (Kern-Schale-Struktur).Photocatalyst according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the nitrogen only in one a few nanometers thin surface layer the titanium dioxide particle is embedded (core-shell structure). Photokatalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Oberfläche nach BET 100 bis 250 m2/g bevorzugt 150 bis 190 m2/g beträgt.Photocatalyst according to one or more of Claims 1 to 6, characterized in that the BET specific surface area is from 100 to 250 m 2 / g, preferably from 150 to 190 m 2 / g. Verfahren zur Herstellung eines stickstoffhaltigen, im sichtbaren Licht photoaktiven Titandioxids dadurch gekennzeichnet, daß eine Titanverbindung, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 50 m2/g nach BET aufweist, mit einer anorganischen oder organischen Stickstoffverbindung innig vermischt und die Mischung bei einer Temperatur von bis zu 400°C thermisch behandelt wird.A process for the preparation of a nitrogen-containing visible light photoactive titanium dioxide, characterized in that a titanium compound having a specific surface area of at least 50 m 2 / g BET, intimately mixed with an inorganic or organic nitrogen compound and the mixture at a temperature of up to 400 ° C is thermally treated. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Titanverbindung ein amorphes, teilkristallines oder kristallines Titanhydroxid ein Titanhydrat oder ein Titanoxyhydrat ist.A method according to claim 8 characterized gekenn indicates that the titanium compound is an amorphous, partially crystalline or crystalline titanium hydroxide, a titanium hydrate or a titanium oxyhydrate. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß die stickstoffhaltige Substanz eine Zersetzungstemperatur von höchstens 400°C bevorzugt < 350°C und insbesondere bevorzugt < 300°C aufweist.Method according to one or more of claims 8 and 9 characterized in that the nitrogen-containing Substance has a decomposition temperature of at most 400 ° C, preferably <350 ° C. and particularly preferably <300 ° C. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß die stickstoffhaltige Substanz eine Stickstoffverbindung ist, die wenigstens eine funktionelle Gruppe enthält.Method according to one or more of claims 9 and 10 characterized in that the nitrogen-containing Substance is a nitrogen compound which is at least one functional Group contains. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die funktionelle Gruppe eine der nachstehenden Gruppen ist: CO, COOH, Cl, Br.Method according to claims 8 to 11, characterized that the functional group is one of the following groups: CO, COOH, Cl, Br. Verfahren nach den Ansprüchen 8–12 dadurch gekennzeichnet, daß als Stickstoffverbindung eine Verbindung aus der Gruppe Harnstoffe, Amide, Aminosäuren oder Mischungen davon eingesetzt werden.Process according to claims 8-12 characterized that as Nitrogen compound is a compound from the group ureas, Amides, amino acids or mixtures thereof. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die stickstoffhaltige Substanz Hydrazin oder Hydroxylamin ist.Method according to one or more of claims 8 to 13, characterized in that the nitrogen-containing Substance is hydrazine or hydroxylamine. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung in einer kontinuierlich zu betreibenden Vorrichtung, bevorzugt in einem Drehrohrofen durchgeführt wird.Method according to one or more of claims 8 to 14 characterized in that the thermal Treatment in a device to be operated continuously, is preferably carried out in a rotary kiln. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15 gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: (a) Einsatz eines käuflichen Titanhydroxids, Titanhydrats oder Titanoxyhydrats. (b) Suspendieren dieser Titanhydroxidverbindung in einem Lösungsmittel, (c) Zusetzen einer stickstoffhaltigen Substanz zu dieser Suspension und Mischen dieser Substanz mit der Suspension, (d) Entfernen des Lösungsmittels, (e) Trocknen des Rückstandes bei einer Trocknungstemperatur und (f) Calzinieren des Rückstandes bei einer Calzinierungstemperatur.Method according to one or more of claims 8 to 15 characterized by the method steps: (a) Use a buyer Titanhydroxids, titanium hydrate or titanium oxyhydrate. (b) Suspend this titanium hydroxide compound in a solvent, (c) Add a nitrogenous substance to this suspension and mixing this substance with the suspension, (d) removing the solvent, (E) Dry the residue at a drying temperature and (f) calcining the residue at a calcination temperature. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Wasser ist.Method according to one or more of claims 8 to 16 characterized in that the solvent Water is. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Calzinierung in einem Drehrohrofen durchgeführt wird.Method according to one or more of claims 8 to 17 characterized in that the calcination is carried out in a rotary kiln. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Calzinierung des pulverigen Rückstandes durch Erhitzen so lange erfolgt, bis nach einem Farbwechsel von weiß auf gelb keine weitere Vertiefung der gelben Farbe zunimmt.Method according to one or more of claims 8 to 18 characterized in that the calcination of the powdery residue by heating takes place until after a color change of know yellow no further deepening of the yellow color increases. Aufbringen des Photokatalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–19 auf einem kompakten oder porösen Trägermaterial wie Glas (normal und verspiegelt), Holz, Fasern, Keramik, Beton, Baustoffe, SiO2, Metalle, natürliches und künstliches Gewebe, Papier und Kunststoffe als dünne Schicht.Applying the photocatalyst according to one or more of claims 1-19 on a compact or porous support material such as glass (normal and mirrored), wood, fibers, ceramics, concrete, building materials, SiO 2 , metals, natural and artificial tissue, paper and plastics as thin layer. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 in Beschichtungen, Kunststoffen, Fasern und Papier.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 20 in coatings, plastics, fibers and paper. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 in Farben, Putzen und Lacken und/oder Lasuren und/oder auf Mauerwerk, Betonfertigbauteilen, Putzoberflächen, Fliesen, Keramik, Geweben, Panelen, Anstrichen, Tapeten, Holz, Metall-, Glas- und/oder Keramikoberflächen und/oder Wärmedämmverbundsystemen und/oder vorgehängten Fassadenelementen im Innen- und Außenbereich von Gebäuden und/oder anderen Bauwerken, innerhalb und/oder außerhalb von Automobilen und/oder anderen Verkehrsmitteln.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 21 in paints, plasters and varnishes and / or glazes and / or on Masonry, precast concrete elements, plaster surfaces, tiles, ceramics, fabrics, Panels, paintings, wallpaper, wood, metal, glass and / or ceramic surfaces and / or Thermal insulation systems and / or curtains Facade elements in the interior and exterior of buildings and / or other structures, inside and / or outside of automobiles and / or other means of transport. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22 in der Luft- und Wasserreinigung.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 22 in the air and water purification. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 zur Luftreinigung in Straßentunnels.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 23 for air purification in road tunnels. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24 in Photovoltaikzellen und/oder photoelektrochemischen Zellen.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 24 in photovoltaic cells and / or photoelectrochemical cells. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25 in Klimageräten und/oder zur Luftsterilisation zur Luftreinigung.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 25 in air conditioners and / or air sterilization for air purification. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26 in der Trinkwasserreinigung.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 26 in the drinking water purification. Verwendung des Photokatalysators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27 in der Bau-, Keramik- und Fahrzeugindustrie und/oder für selbstreinigende Oberflächen oder in der Umwelttechnik.Use of the photocatalyst after one or several of the claims 1 to 27 in the construction, ceramics and vehicle industry and / or for self-cleaning surfaces or in environmental technology.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112944637A (en) * 2021-03-23 2021-06-11 珠海格力电器股份有限公司 Air conditioner control method and device, air conditioner and storage medium
CN117377640A (en) * 2021-05-18 2024-01-09 帝化株式会社 Titanium oxide powder and its manufacturing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112944637A (en) * 2021-03-23 2021-06-11 珠海格力电器股份有限公司 Air conditioner control method and device, air conditioner and storage medium
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