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半导体光催化材料领域专利分析

2018-12-06 10:15 来源:未知

半导体光催化材料领域专利分析

近年来,随着半导体光催化技术的不断发展,其应用拓展到电子设备、功能涂料、智能新材料等新兴领域。本文中,作者将从专利角度分析半导体光催化领域的发展概况,一起来看看。

自1972年日本学者Fujishima等人首次发现单晶二氧化钛(TiO2)电极能够光催化分解水以来,纳米半导体光催化成为近年来迅速发展起来的新兴学科,引起了学术界广泛研究。半导体光催化过程不仅能利用太阳光将废气、工业废水分解为水和二氧化碳等无机小分子物质,还能通过光解水制氢获取清洁能源,因此半导体光催化材料在环境和能源领域具有广阔的应用前景。近年来,随着半导体光催化技术的不断发展,其应用拓展到电子设备、功能涂料、智能新材料等新兴领域。本文中,笔者将从专利角度分析半导体光催化领域的发展概况。

 产业发展迅速 国外居于领先

半导体光催化材料涉及应用领域众多,以能源领域为例,据日本清洁技术研究所发布的《世界氢能源基础设施项目总览》预计,2025年氢能源市场规模将实现倍增,达到约20万亿日元,2050年有望达到约160万亿日元。可见氢能源具有庞大的市场规模,相应的半导体光催化制氢将迎来巨大发展。

从全球专利数量增长趋势来看,尽管TiO2的光催化性在1972年即被发现,但其在很长一段时间里仍处于实验室研发阶段,未见大规模专利技术诞生。随着纳米技术的发展及半导体改性技术的进步,半导体光催化材料相关专利数量迎来爆发性增长,全球专利总量由1991年的166件飙升到2004年的3686件,年均增长率达26.9%。在经历了2004年到2007年的短暂下降之后,2008年到2016年相关专利数量再次迎来了年均增长率为10%的高速增长。笔者预计随着技术研究的不断深入及产业化的前景越来越明朗,半导体光催化材料相关专利数量将继续保持高速增长。

经过多年发展,一些国外企业通过自主研发、企业并购等方式,不断完善产业链布局,逐渐成为行业巨头,产业与技术集中度越来越高,并且国外企业普遍具有很强的知识产权保护意识,在多个国家和地区进行了较为完善的专利布局。以全球申请量最大的东陶公司(TOTO LTD)为例,其37.5%的专利分布在欧洲、美国、韩国、澳大利亚等不同国家和地区。与东陶公司相同,日立集团(HITACHI LTD)也十分重视全球专利布局,其有17%的专利分布在非日本本土地区。日立集团主要研究半导体光催化材料在太阳能电池、空气净化设备、民用电器等领域的应用,还十分重视与相关企业和高校建立共同研发关系,其与日东电工(NITTO DENKO CORP)、京都大学(UNIV KYOTO)存在多件共有专利。

 市场前景可期 国内保持追赶

与日本等发达国家以企业为主要创新主体不同,国内创新主体主要为大专院校,对国内相关授权专利进行分析可知大专院校专利数量占比69.31%,其次是企业占比15.84%,其他科研院所、机构及个人占比14.85%。

厦门大学是国内较早开展半导体光催化材料研究的高校,1988年提交了第一件发明专利申请(公开号:CN881065994),涉及采用半导体光催化材料处理废水的方法。随后在长达十几年的时间里,厦门大学没有取得相关专利,没有体现出研究的连续性。江苏大学自2008始凭借着闫永胜教授和霍鹏伟教授团队的活跃表现,近年来一举发展成为国内拥有相关专利数量最多的申请人,其技术多涉及新型复合金属光催化材料的探索。目前国内申请人中专利许可与转让数量最多的为浙江大学和上海大学。二者分别与威海蓝星玻璃股份有限公司和安徽省通源环境节能有限公司建立了合作关系,实现了科研成果的转化。

甘肃华晨生态治理有限公司为国内拥有专利数量最多的企业申请人,达81件,全部集中在空气净化材料领域。另一重要企业申请人,成都新柯力化工科技有限公司拥有74件专利,其于2013年开始投入半导体光催化材料净化汽车尾气领域的研究,并实现了相关专利的转化运营。2017年以后,其研究方向扩展到空气净化材料及水体净化材料领域,迎来专利数量及成果转化的快速发展期,体现了良好的发展潜力。

国内光催化材料行业尽管已有一定数量的专利实现了转化运营,但在产业化方面,仍处于跟随阶段,缺乏完整的产业链布局。国内该领域的企业呈现出多而不强的局面,缺少具有国际影响力的龙头企业。

半导体光催化技术作为一种新兴技术诞生至今不过几十年,我国在2000年后才开始系统展开半导体光催化材料相关研究。由于材料成本、制品性能等方面的限制,我国距离半导体光催化材料大规模推广应用还有较长的路要走。同时,在半导体光催化材料技术储备上我国仍与发达国家存在一定差距。但我国较为丰富的半导体材料矿藏储备以及人口基数带来的较大潜在市场规模均为国内相关企业在半导体光催化材料领域发展提供了良好契机。笔者建议,国内企业一方面可以借鉴国外领先企业的发展经验,聚焦自身核心技术,提前进行专利布局,促进产业化发展;另一方面应利用高校科研团队的研发优势,注重与高校之间的合作,实现优势互补、互惠共赢,注重产学研相结合。在传统半导体光催化材料领域继续赶超的基础上,国内创新主体应加大对新型复合半导体光催化材料的研发投入,特别是构建异质结改性、量子点等新兴技术领域,争取在提高光催化材料体系的可见光利用率及光生电荷分离效率等关键技术领域寻求突破,以期在新兴领域专利布局中抢占先机,利用双方优势加快科技成果转化及专利布局,突破国外企业所构建的专利技术壁垒。