[發明專利]光催化結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201910075877.X
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN111489897B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 王營城;金元浩;肖小陽;張天夫;李群慶;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種光催化結構，該光催化結構包括一碳納米管結構和一設置在所述碳納米管結構表面的光催化活性層和金屬層；所述碳納米管結構包括多個有序排列且交叉設置的碳納米管從而形成多個微孔；所述光催化活性層包覆于該多個碳納米管的表面，所述金屬層包覆于該光催化活性層的表面；所述金屬層包括多個納米顆粒，所述納米顆粒分散于所述光催化活性層的表面。

技術領域

本發明涉及光催化及光電催化技術領域。

背景技術

光催化技術是指光催化劑在能量大于其禁帶寬度的入射光照射下，產生具有很強還原性和氧化性的光生電子-空穴對，這些電子-空穴對可以與光催化結構表面吸附的物質發生氧化還原反應。光催化的潛在應用主要分布在以下幾個領域：光分解水產生氫氣、人工光合作用、光氧化或分解有害物質、光電化學轉化和光致超親水性等。二氧化鈦作為一種光催化結構具有耐酸性好，對生物無毒且具有較大的資源儲量等優點，因此成為研究最為廣泛的光催化結構。但是由于二氧化鈦的禁帶寬度較大，基本上只能吸收紫外光，而紫外光只占太陽光中的4％左右，太陽光中占較大比例的可見光不能夠利用。而且現有技術中，二氧化鈦對紫外光的吸收能力也有限的，對紫外光的利用也不能達到100％。因此人們致力于對二氧化鈦進行改性，以期提高二氧化鈦對太陽光的利用率。

光電催化是指將光催化結構固定在導電的金屬上，同時，將固定后的光催化結構作為工作電極，采用外加恒電流或恒電位的方法迫使光致電子向對電極方向移動，因而與光致空穴發生分離。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種能夠提高太陽光利用率的光催化結構。

一種光催化結構，該光催化結構包括一碳納米管結構和一設置在所述碳納米管結構表面的光催化活性層和金屬層；所述碳納米管結構包括多個有序排列且交叉設置的碳納米管從而形成多個微孔；所述光催化活性層包覆于該多個碳納米管的表面，所述金屬層包覆于該光催化活性層的表面；所述金屬層包括多個納米顆粒，所述納米顆粒分散于所述光催化活性層的表面。

一種光催化結構的制備方法，包括以下步驟，提供一碳納米管結構，所述碳納米管結構包括多個有序排列且交叉設置的碳納米管從而形成多個微孔；于該碳納米管結構的表面形成一光催化活性層；于該光催化活性層的表面形成金屬預制層；對上述金屬預制層進行退火處理。

相較于現有技術，本發明提供的光催化結構及其制備方法具有以下優點：第一，所述光催化活性層設置在碳納米管結構的兩個表面，因此該光催化結構的兩個表面均可以進行光催化反應，進一步提高比表面積，提高該光催化結構的利用率和催化效果；第二，通過調節碳納米管結構中交叉的碳納米管膜的層數和交叉方式可以調節該光催化結構的納米微結構，調節金屬層對太陽光的共振吸收波長和吸收強度，通過選擇特定結構和金屬可以實現在紫外波段的寬帶強吸收或者在某一特定波段的共振吸收，可以極大提高對紫外光的吸收率和二氧化鈦在紫外波段的催化效果。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例提供的光催化結構的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的光催化結構沿Ⅱ-Ⅱ方向的剖視圖。

圖3為本發明第一實施例提供的光催化結構的制備方法流程圖。

圖4為圖3的碳納米管復合結構的沿線IV-IV的截面圖。

圖5為本發明第一實施例采用的碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。

圖6為本發明第一實施例采用的非扭轉的碳納米管線的掃描電鏡照片。

圖7為本發明第一實施例采用的扭轉的碳納米管線的掃描電鏡照片。

圖8為本發明第一實施例提供的碳納米管復合結構的掃描電鏡照片。

圖9為本發明第一實施例提供的碳納米管復合結構的包覆三氧化二鋁層的單根碳納米管的掃描電鏡照片。