[發(fā)明專(zhuān)利]一種復(fù)合光電催化材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010120105.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111185158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左娟;朱君秋;吳允苗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 左娟;朱君秋
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/46
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/46;B01J23/42;C25D11/26;C25D3/50;C25D5/50;C25B1/26
• 代理公司: 泉州市文華專(zhuān)利代理有限公司 35205
• 代理人: 孫振玲

本發(fā)明公開(kāi)一種復(fù)合光電催化材料，包括由鈦或者鈦合金制成的基體，所述基體的表面上覆蓋有光催化劑層和電催化劑層，所述光催化劑層和所述電催化劑層分別均勻且有規(guī)律地交錯(cuò)設(shè)置在所述基體的表面上，所述光催化劑層與所述電催化劑層在所述基體上的覆蓋面積之比為1:9～9:1，所述光催化劑層由二氧化鈦制成，所述電催化劑層由鉑族金屬或鉑族金屬氧化物制成。該復(fù)合光電催化材料，集合光催化劑的和電催化劑的性能，且二者能夠協(xié)同作用，提高光催化效率，還能夠直接用作電解食鹽水制取次氯酸鈉消毒液，因此在凈水消毒兩用器具中有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明還公開(kāi)了一種復(fù)合光電催化材料的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種復(fù)合光電催化材料及其制備方法。

背景技術(shù)

以半導(dǎo)體氧化物為催化劑的多相光催化是一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)。大量的研究結(jié)果證實(shí)，該技術(shù)能在常溫常壓條件下無(wú)選擇性地將難降解和有毒有機(jī)染料完全降解為CO₂和H₂O，將無(wú)機(jī)污染物氧化或還原為無(wú)害物質(zhì)，成為近年來(lái)國(guó)際上最為活躍的研究領(lǐng)域之一。多相光催化技術(shù)的基本原理為：當(dāng)半導(dǎo)體光催化劑(如TiO₂等)受到能量大于禁帶寬度的光照射時(shí)，其價(jià)帶上的電子(e^－)受到激發(fā)，躍過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，在價(jià)帶留下帶正電的空穴(h⁺)。光生空穴具有強(qiáng)氧化性，光生電子具有強(qiáng)還原性，可直接氧化和還原吸附在表面上的污染物，或與吸附在催化劑表面上的O₂、OH^－和H₂O發(fā)生反應(yīng)，生成具有高度化學(xué)活性的羥基自由基(·OH)及H₂O₂，進(jìn)而將有機(jī)污染物降解。

異相光催化技術(shù)是非常有潛力的環(huán)境污染治理技術(shù)，但大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用極少，最主要的問(wèn)題就在于缺少經(jīng)濟(jì)、高效的污水光催化處理裝置。而更深層次的原因則在于光催化技術(shù)還存在懸而未決的科學(xué)問(wèn)題，包括：如何高效地抑制光生電子-空穴的復(fù)合，從而提高光量子效率；如何實(shí)現(xiàn)光催化材料低成本規(guī)模化制備技術(shù)。技術(shù)創(chuàng)新要以應(yīng)用為導(dǎo)向，才能發(fā)揮出技術(shù)的真正價(jià)值。只有抑制電子與空穴的復(fù)合，才能提高光催化效率。世界各國(guó)都投入了大量的人力和物力對(duì)此展開(kāi)了深入的研究，并產(chǎn)生了許多值得借鑒的優(yōu)秀研究成果。例如，通過(guò)適當(dāng)增加催化劑晶體缺陷、適量金屬離子摻雜、貴金屬表面沉積、兩種或多種半導(dǎo)體的耦合等手段均能使催化劑自身形成有效的電荷載體陷阱，使電子和空穴的分離壽命延長(zhǎng)幾分之一納秒。電子俘獲劑的使用能夠?qū)㈦娮雍涂昭◤氐追蛛x，是進(jìn)一步有效抑制電子和空穴復(fù)合的手段。光致電子的俘獲劑是溶解氧，因?yàn)檠踉谒械娜芙舛容^低，需要外部供氧。研究人員比較幾種供氧方式對(duì)溶解氧濃度的影響。結(jié)果表明，向污水中直接吹入氧氣的方式，污水中溶解氧濃度可達(dá)到25～40mg/L；而直接吹入空氣的方式，污水中溶解氧的濃度僅能達(dá)到8.0～8.5mg/L，且繼續(xù)吹入空氣無(wú)法繼續(xù)提高污水中溶解氧濃度。

保持高濃度的溶解氧是促進(jìn)傳質(zhì)效率，是實(shí)現(xiàn)污染物快速、高效降解的關(guān)鍵技術(shù)。印染廢水排放量巨大，供氧遠(yuǎn)不如在實(shí)驗(yàn)室里那么容易操作。直接吹入空氣供氧方式成本低，但低濃度的溶解氧不利于污染物的快速降解。采用純氧增氧方法雖然具有增氧速度快、效率高的特點(diǎn)，但如果氧氣氣泡過(guò)大，在水中不能完全溶解，就會(huì)造成浪費(fèi)而增加成本。傳統(tǒng)的曝氣方式很難克服氣泡過(guò)大問(wèn)題，適合于空氣增氧方法，但不適合作為純氧增氧的方式。

電催化高級(jí)氧化技術(shù)也是一種非常有前景的高濃度、有毒、難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)。近年來(lái)受到廣大環(huán)保工作者的關(guān)注，得到快速發(fā)展。電催化氧化過(guò)程主要指陽(yáng)極過(guò)程，通過(guò)選用具有電催化活性的電極材料，可以使目標(biāo)反應(yīng)物直接在電極表面失去電子而被氧化，也可以是通過(guò)陽(yáng)極過(guò)程產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，使目標(biāo)物被氧化，最終達(dá)到氧化降解污染物的目的。優(yōu)點(diǎn)是不需要外加任何試劑，對(duì)各類(lèi)有機(jī)染料廢水的處理能力強(qiáng)(即適應(yīng)性好)，理論上非常適合于排水量大的紡織印染工業(yè)。缺點(diǎn)是陽(yáng)極存在析氧副反應(yīng)，陰極存在析氫副反應(yīng)，導(dǎo)致電流效率低下。電流利用率低、能耗高是限制其在印染廢水處理領(lǐng)域推廣應(yīng)用的主要因素。因此，研究提高電流利用效率的方法對(duì)電催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用有重要的意義。