[發明專利]光催化劑和光催化劑薄膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710287655.5
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN108786806B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 于欣;李琳琳;王舒;王中林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: B01J23/66
• 分類號: B01J23/66;B01J27/04;B01J37/34;B01J37/10;C02F1/50;A61L31/08;A61L31/14
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 韓冰;嚴政

1.一種光催化劑，其特征在于，所述光催化劑包括：

芯部（10），所述芯部（10）包括第一半導體材料；

中間層（20），所述中間層（20）包覆在所述芯部（10）的外周，其中包括壓電材料；

外層（30），所述外層（30）負載在所述中間層（20）的外周，其中包括第二半導體材料和/或具有表面等離子體效應的金屬納米顆粒；

其中，所述壓電材料為經過極化處理的壓電材料，所述壓電材料為鈦酸鋇和/或鈦酸鉛；所述第一半導體材料為二氧化鈦，所述第二半導體材料為氧化銀，所述金屬納米顆粒為金。

2.根據權利要求1所述的光催化劑，其中，所述芯部（10）為納米線、納米管或納米級薄膜。

3.根據權利要求2所述的光催化劑，其中，

所述芯部（10）為納米線或納米管時，芯部的直徑范圍為80～200nm，長度為1～20μm，所述芯部（10）納米級薄膜時，芯部的厚度范圍為50nm～20μm；

所述中間層（20）的厚度范圍為2～10nm；

所述外層（30）的厚度范圍為5～50nm，所述外層（30）中金屬納米顆粒的粒徑為2～20nm。

4.根據權利要求1所述的光催化劑，其中，所述芯部（10）為二氧化鈦納米線，所述中間層（20）為鈦酸鋇包覆層，所述外層（30）為金納米顆粒負載層。

5.一種光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包括導電基板和以陳列形成在所述導電基板上的光催化劑，所述光催化劑為權利要求1至4中任意一項所述的光催化劑，所述光催化劑中的芯部與所述導電基板相連。

6.一種權利要求1至4中任意一項所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

S1、提供包括第一半導體材料的芯部；

S2、在所述芯部的外周包覆形成包括壓電材料的中間層，得到中間體；

S3、在所述中間體的外周形成包括第二半導體材料和/或具有表面等離子體效應的金屬納米顆粒的外層，得到光催化劑；

S4、將所述光催化劑作為工作電極放入兩電極體系中，對位于中間層的壓電材料進行極化處理。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其中，所述S1中芯部為納米線、納米管或納米級薄膜。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其中，所述S1中芯部為納米線或納米管。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其中，所述S1中在導電基板上生長第一半導體材料的納米線陣列或納米管陣列，并以生長在所述導電基板上的納米線陣列或納米管陣列作為芯部進行后續的步驟S2-S3。

10.根據權利要求6所述的制備方法，其中，

所述S2中通過促使其他材料與芯部材料發生化學合成反應以在所述芯部的外周形成包括壓電材料的中間層；或者通過水熱合成法在所述芯部的外周形成包括壓電材料的中間層；或者通過磁控濺射法在所述芯部的外周形成包括壓電材料的中間層；

所述S3中通過磁控濺射法形成包括第二半導體材料的外層；或者通過磁控濺射法形成包括金屬納米顆粒的外層；或者先通過水熱合成法形成第二半導體材料前驅體層，再通過燒結將第二半導體材料前驅體轉化為第二半導體材料，以形成包括第二半導體材料的所述外層。

11.根據權利要求10所述的制備方法，其中，

所述S3中通過磁控濺射法形成包括金屬納米顆粒的外層時，還包括對所形成的包括金屬納米顆粒的外層進行還原處理的步驟，所述還原處理的步驟包括將形成有包括金屬納米顆粒的外層的光催化劑作為工作電極置于三電極體系中進行還原處理。

12.根據權利要求11所述的制備方法，其中，所述還原處理的條件包括：電壓為-3～-1V，時間為1～5min。