[發明專利]一種光催化TiO2/Cu2O復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110393837.3
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102513129A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張俊英;朱麗紅;楊靖安;陳子瑜;王天民
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B3/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種光催化TiO₂/Cu₂O復合薄膜的制備方法，尤其適合于光催化制氫，屬于材料、新能源、環境等技術領域。

背景技術

20世紀人類社會經濟高速發展的同時也出現了環境污染、能源短缺、生態破壞等一系列重大問題。治理污染、保護環境、開發新能源、維持生態平衡和實現可持續發展已成為當今國際社會關注的重大課題。半導體光催化氧化技術的出現為解決這些難題開辟了思路，光催化技術在能源轉換以及環境保護中的應用已經引起了人們的廣泛關注。光催化材料在水和空氣凈化、抗菌、自清潔、超親水性等方面已經取得初步成功，其應用市場也正在逐步形成。光催化材料還可以將水或某些有機物分解產生氫氣，因為其只在太陽光的照射下就可以產生無碳燃料，所以可以說是能源轉換中最清潔的一種。光催化材料還可以將CO₂還原成有用的化工原料尤其是化學燃料，對于改善環境具有極其重要的意義。

盡管光催化材料發展迅速，但是還存在一些問題限制了其實用化進程：(1)半導體光生電子-空穴對較高的復合幾率導致了其量子效率低，總反應速率較慢；(2)多數半導體的寬禁帶結構決定了其窄的光譜響應范圍，只能吸收太陽光中的紫外線，導致了其低的太陽能利用率，例如純TiO₂(銳鈦礦型)的吸收帶隙為3.2ev，吸收閾值是387nm，只能利用占太陽頻譜范圍4％的紫外光部分；(3)目前的材料負載技術難以保證光催化材料的高活性。

本申請人發明了一種微網格光催化劑的制備方法(ZL200710178395.4)，將兩種半導體以微網格的方式在襯底上固定，這種復合方式能夠拓寬吸收光譜，實現兩種半導體與周圍物質的均等接觸機會，且實現電子和空穴的有效分離，從而能夠使得太陽光照射下對染料廢水具有很好的凈化效果。但是該方法獲得的復合光催化薄膜制氫性能有待提高。

本發明在前期研究的基礎上進一步優化制備方法，發明一種有在太陽光照射下能分解純水和含電子供體的水溶液而產氫的固定化復合光催化劑，將TiO₂和Cu₂O以底部為連續TiO₂薄膜，表面為Cu₂O微網格的形式在襯底表面固定，并通過優化制備工藝，修飾貴金屬提高光催化性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光催化TiO₂/Cu₂O復合薄膜制備方法，這種制備方式能夠兼顧材料的固定化和高效率，并通過修飾Pt金屬顆粒以提高其光催化制氫性能。

本發明的技術解決方案：一種光催化TiO₂/Cu₂O復合薄膜制備方法，具體如下：步驟(1)在襯底上制備TiO₂薄膜，薄膜的厚度為30～120nm；

步驟(2)在空氣中熱處理，處理溫度為400～700℃；

步驟(3)在TiO₂薄膜表面制備一層有機中間模板層，該模板層為具有球狀結構的有機模板，微球粒徑為1～10μm；

步驟(4)在模板層表面沉積Cu₂O，厚度30-500nm。

步驟(5)去除模板層，獲得TiO₂/Cu₂O復合薄膜，即TiO₂薄膜/Cu₂O微網格復合薄膜。

其中，為進一步提高其性能，可以進一步在TiO₂/Cu₂O復合薄膜中修飾Pt顆粒。

其中，步驟(1)所述的襯底是玻璃、石英、陶瓷、金屬等平板型材料。

其中，步驟(1)所述的制備TiO₂薄膜采用溶膠浸漬-提拉法或旋涂法。

其中，所述的溶膠的制備工藝是：將鈦酸四丁酯溶解到無水乙醇中形成0.2～0.6mol/L的濃度的溶液，用磁力攪拌器攪拌使其溶解分散均勻，然后向以上混合液中依次加入占上述溶液體積濃度為0.05～0.2％的鹽酸、1～3％的乙酰丙酮和1～3％的水攪拌均勻，于50℃水浴環境陳化24小時，得到具有一定粘度的TiO₂溶膠。

其中，步驟(3)所述的模板層是用液面自組裝法制備。

其中，步驟(4)所述的沉積Cu₂O是采用直流反應濺射法制備，直流反應濺射參數是：濺射功率50-70W，濺射氣壓0.8～1.5Pa，氧氣和氬氣的流量比6～12SCCM∶150SCCM，濺射時間2～7min。