自1972年日本學者Fujishima等人首次發現單晶二氧化鈦（TiO2）電極能夠光催化分解水以來，納米半導體光催化成為近年來迅速發展起來的新興學科，引起了學術界廣泛研究。半導體光催化過程不僅能利用太陽光將廢氣、工業廢水分解為水和二氧化碳等無機小分子物質，還能通過光解水制氫獲取清潔能源，因此半導體光催化材料在環境和能源領域具有廣闊的應用前景。近年來，隨著半導體光催化技術的不斷髮展，其應用拓展到電子設備、功能塗料、智能新材料等新興領域。本文中，筆者將從專利角度分析半導體光催化領域的發展概況。
產業發展迅速 國外居於領先
半導體光催化材料涉及應用領域眾多，以能源領域為例，據日本清潔技術研究所發佈的《世界氫能源基礎設施項目總覽》預計，2025年氫能源市場規模將實現倍增，達到約20萬億日元，2050年有望達到約160萬億日元。可見氫能源具有龐大的市場規模，相應的半導體光催化制氫將迎來巨大發展。
從全球專利數量增長趨勢來看，儘管TiO2的光催化性在1972年即被發現，但其在很長一段時間裡仍處於實驗室研發階段，未見大規模專利技術誕生。隨著納米技術的發展及半導體改性技術的進步，半導體光催化材料相關專利數量迎來爆發性增長，全球專利總量由1991年的166件飆升到2004年的3686件，年均增長率達26.9%。在經歷了2004年到2007年的短暫下降之後，2008年到2016年相關專利數量再次迎來了年均增長率為10%的高速增長。筆者預計隨著技術研究的不斷深入及產業化的前景越來越明朗，半導體光催化材料相關專利數量將繼續保持高速增長。
經過多年發展，一些國外企業通過自主研發、企業併購等方式，不斷完善產業鏈佈局，逐漸成為行業巨頭，產業與技術集中度越來越高，並且國外企業普遍具有很強的知識產權保護意識，在多個國家和地區進行了較為完善的專利佈局。以全球申請量最大的東陶公司（TOTO LTD）為例，其37.5%的專利分佈在歐洲、美國、韓國、澳大利亞等不同國家和地區。與東陶公司相同，日立集團（HITACHI LTD）也十分重視全球專利佈局，其有17%的專利分佈在非日本本土地區。日立集團主要研究半導體光催化材料在太陽能電池、空氣淨化設備、民用電器等領域的應用，還十分重視與相關企業和高校建立共同研發關係，其與日東電工（NITTO DENKO CORP）、京都大學（UNIV KYOTO）存在多件共有專利。
市場前景可期 國內保持追趕
與日本等發達國家以企業為主要創新主體不同，國內創新主體主要為大專院校，對國內相關授權專利進行分析可知大專院校專利數量佔比69.31%，其次是企業佔比15.84%，其他科研院所、機構及個人佔比14.85%。
廈門大學是國內較早開展半導體光催化材料研究的高校，1988年提交了第一件發明專利申請（公開號：CN881065994），涉及採用半導體光催化材料處理廢水的方法。隨後在長達十幾年的時間裡，廈門大學沒有取得相關專利，沒有體現出研究的連續性。江蘇大學自2008始憑藉著閆永勝教授和霍鵬偉教授團隊的活躍表現，近年來一舉發展成為國內擁有相關專利數量最多的申請人，其技術多涉及新型複合金屬光催化材料的探索。目前國內申請人中專利許可與轉讓數量最多的為浙江大學和上海大學。二者分別與威海藍星玻璃股份有限公司和安徽省通源環境節能有限公司建立了合作關係，實現了科研成果的轉化。
甘肅華晨生態治理有限公司為國內擁有專利數量最多的企業申請人，達81件，全部集中在空氣淨化材料領域。另一重要企業申請人，成都新柯力化工科技有限公司擁有74件專利，其於2013年開始投入半導體光催化材料淨化汽車尾氣領域的研究，並實現了相關專利的轉化運營。2017年以後，其研究方向擴展到空氣淨化材料及水體淨化材料領域，迎來專利數量及成果轉化的快速發展期，體現了良好的發展潛力。
國內光催化材料行業儘管已有一定數量的專利實現了轉化運營，但在產業化方面，仍處於跟隨階段，缺乏完整的產業鏈佈局。國內該領域的企業呈現出多而不強的局面，缺少具有國際影響力的龍頭企業。
半導體光催化技術作為一種新興技術誕生至今不過幾十年，我國在2000年後才開始系統展開半導體光催化材料相關研究。由於材料成本、製品性能等方面的限制，我國距離半導體光催化材料大規模推廣應用還有較長的路要走。同時，在半導體光催化材料技術儲備上我國仍與發達國家存在一定差距。但我國較為豐富的半導體材料礦藏儲備以及人口基數帶來的較大潛在市場規模均為國內相關企業在半導體光催化材料領域發展提供了良好契機。
筆者建議，國內企業一方面可以借鑑國外領先企業的發展經驗，聚焦自身核心技術，提前進行專利佈局，促進產業化發展；另一方面應利用高校科研團隊的研發優勢，注重與高校之間的合作，實現優勢互補、互惠共贏，注重產學研相結合。在傳統半導體光催化材料領域繼續趕超的基礎上，國內創新主體應加大對新型複合半導體光催化材料的研發投入，特別是構建異質結改性、量子點等新興技術領域，爭取在提高光催化材料體系的可見光利用率及光生電荷分離效率等關鍵技術領域尋求突破，以期在新興領域專利佈局中搶佔先機，利用雙方優勢加快科技成果轉化及專利佈局，突破國外企業所構建的專利技術壁壘。
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