[發明專利]一種柔性有機壓電-光催化復合螺旋纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201811293002.9
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109331882B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 陸春華;寇佳慧;代寶瑩;張方舒;李玲;許仲梓
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J27/04;B01J27/24;B01J35/06;B01J37/34;C02F1/32;C01B3/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

本發明公開了一種柔性有機壓電?光催化復合螺旋纖維的制備方法，包括如下步驟：制備光催化劑、有機壓電材料和溶劑的前驅液；將所述前驅液裝入微流控裝置并以一定流速從一定口徑的出液管流出；流出的前驅液流入到固化液中進行固化獲得螺旋纖維。本發明方法制備的有機壓電?光催化復合螺旋纖維在水流作用下能夠持續產生自修復壓電勢，有效促進光催化劑光生電子?空穴對的分離，大大提高了光催化效率；并且本發明方法制備的復合螺旋纖維顯著提高光催化劑降解有機有害物的效率，對于光催化分解水產氫也起到很好的增強作用。

技術領域

本發明屬于光催化技術、壓電技術以及微流控技術領域，具體涉及將柔性有機壓電材料與半導體光催化劑進行有效復合，利用微流控技術可控合成復合螺旋纖維。

背景技術

能源危機和環境污染是目前人類面臨的兩個主要問題，引起了全球學者的廣泛關注。半導體光催化劑由于其可以利用太陽能在室溫下分解水產生清潔能源氫能、降解有害物質、還原重金屬離子、殺滅細菌和消除異味等，其在能源及環境領域呈現廣闊的前景，成為當今社會的主要研究熱點之一。光催化技術自上世紀七十年代發展以來取得了飛速的發展，目前開發了大量的光催化劑。但是光催化劑的效率還比較低，主要原因之一是光催化劑光生電子-空穴對的復合率比較高。為了抑制光生載流子的復合，基于在催化劑體系內構筑內建電場，提出了很多的改性方法，包括在半導體光催化劑表面擔載貴金屬、構筑異質結、構建Z-系統等。但內建電場很容易被光生電子和空穴所飽和，嚴重限制了內建電場對光生電子-空穴對分離的促進作用。

最近的研究表明可以利用外界能量場驅動壓電材料產生交變的壓電勢，進而持續增強光催化效率的提高。但是，壓電勢的產生依賴于外界超聲振蕩的能量，消耗大量的能量，這與可持續發展戰略相違背。

微流控（Microfluidics）技術指的是使用微管道（尺寸為數十到數百微米）處理或操縱微小流體（體積為納升到阿升）的系統所涉及的科學和技術，具有微型化、集成化等特征。微流控裝置通常被稱為微流控芯片，也被稱為芯片實驗室和微全分析系統。雖然微流控技術廣泛使用，但在壓電材料領域中的應用則并未見報道。

因此，迫切需要設計一種新型的壓電-光催化復合體系，實現其在自然條件下產生壓電勢驅動的內建電場的自修復過程，并利用其持續顯著提高半導體光催化劑的光催化活性。

發明內容

本發明的目的是開發一種制備新的壓電-光催化復合材料體系—柔性有機壓電-光催化復合螺旋纖維的方法，制備的螺旋纖維利用螺旋結構的簡諧振動實現壓電勢的自修復，持續促進光催化劑光生載流子的分離，提高半導體光催化劑的催化性能，從而解決現有技術中存在的催化劑內建電場易于飽和、光催化效率低下的問題。

本發明的技術方案：

一種柔性有機壓電-光催化復合螺旋纖維的制備方法，包括如下步驟：

（1）先在溶劑中加入光催化劑粉末進行超聲分散獲得分散液，再在分散液中混合有機壓電材料粉末，磁力攪拌至所述有機壓電材料完全溶解，獲得有機壓電-光催化復合前驅液；

（2）將所述步驟（1）中的有機壓電-光催化復合前驅液吸入微流控裝置并以6~30mL/s流速從100~180μm口徑的出液管流出；

（3）所述步驟（2）中流出的有機壓電-光催化復合前驅液流入到固化液中進行固化獲得螺旋纖維。

為了使制得的螺旋纖維具有優異的光催化效果，所述步驟（1）中的光催化劑粉末與溶劑的質量比為1:9~1:45，所述有機壓電材料與溶劑的質量比為1:6~1:9。