[發(fā)明專(zhuān)利]一種CN/LiNbO3

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011185799.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112371175A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔顏華;王增凱;甘家豪;楊麗麗;李彬榕;鄭健;孟敏佳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J31/06
• 分類(lèi)號(hào): B01J31/06;B01J31/36;B01J35/00;B01J35/02;B01J35/10;C01B3/04
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電光催化復(fù)合膜及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種CN/LiNbO₃異質(zhì)結(jié)，并基于CN/LiNbO₃異質(zhì)結(jié)通過(guò)冷凍相轉(zhuǎn)化方法制備了一種具有三維大孔形貌的CN/LiNbO₃/PVDF壓電光催化復(fù)合膜。其孔隙率高，提供更多的反應(yīng)接觸面積，有利于光催化復(fù)合膜與水分子的界面接觸，暴露更多的CN/LiNbO₃異質(zhì)結(jié)活性位點(diǎn)。本發(fā)明提供的CN/LiNbO₃/PVDF壓電光催化復(fù)合膜能夠解決現(xiàn)有的粉末型壓電光催化劑易團(tuán)聚難回收的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了光催化膜技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于光催化分解水產(chǎn)氫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CN/LiNbO₃/PVDF壓電光催化復(fù)合膜及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫能 (Hydrogen Energy) 具有零污染、高效率、來(lái)源豐富、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧崯o(wú)碳能源。目前氫能已經(jīng)被納入我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是人類(lèi)擺脫對(duì)化石能源的依賴(lài)、保障能源安全的永久性戰(zhàn)略選擇。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家將基于太陽(yáng)光為驅(qū)動(dòng)力的半導(dǎo)體光解水制氫技術(shù)視作可持續(xù)發(fā)展氫能源的理想途徑之一。適用于這一途徑的半導(dǎo)體基光催化劑的開(kāi)發(fā)受到眾多研究者的青睞，但半導(dǎo)體光催化劑的效率問(wèn)題一直是制約光催化分解水制氫技術(shù)向前發(fā)展的關(guān)鍵因素。

類(lèi)石墨相二維層狀氮化碳納米片(2D g-C₃N₄ NS，CN)，CN具有典型的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)，禁帶寬度為 2.7ev，且導(dǎo)帶底端的電勢(shì)-1.12 V，低于 H⁺/H₂電對(duì)的電勢(shì)，可用作可見(jiàn)光催化產(chǎn)氫材料。目前g-C₃N₄光催化劑仍存在光生載流子復(fù)合率較高、量子效率低等問(wèn)題。二維材料間模塊化相互堆疊，通過(guò)在2D CN表面負(fù)載其他催化劑構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成內(nèi)建電場(chǎng)是一種常見(jiàn)的增強(qiáng)載流子分離的復(fù)合結(jié)構(gòu)。異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)雖然可以有效地分離載流子，但這種靜態(tài)的內(nèi)建電場(chǎng)很容易被大量的光生載流子屏蔽，而失去持續(xù)促進(jìn)載流子分離的作用，因此可更新的極化場(chǎng)是持續(xù)有效分離光生載流子的關(guān)鍵所在。

壓電材料是一類(lèi)具備極化場(chǎng)的材料，這一特點(diǎn)使其在載流子分離方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，二維半導(dǎo)體由于其易變形，并能承受巨大的應(yīng)變，在壓電催化領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值因此，將2D CN光催化材料與2D鈮酸鋰(LiNbO₃)壓電光催化材料相結(jié)合可使層與層之間接觸面積增大，有利于縮短電子傳輸距離并暴露更多的催化活性位點(diǎn)，并且在光-壓電協(xié)同催化中，光和超聲同時(shí)作為能量輸入源，光的作用主要是激發(fā)載流子，超聲的作用主要是激發(fā)一個(gè)交替的極化場(chǎng)，周期性交替的極化場(chǎng)會(huì)充當(dāng)“電荷泵”的作用將電荷“拖曳”到材料表面參與表面催化反應(yīng)，促進(jìn)載流子的分離，從而給2D/2D CN /LiNbO₃異質(zhì)結(jié)光生電子空穴的分離提供了驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的催化效率。盡管有人提出利用超聲波振蕩產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)壓電-光催化復(fù)合系統(tǒng)產(chǎn)生交變的內(nèi)建電場(chǎng)促進(jìn)載流子的分離，但交變電場(chǎng)的產(chǎn)生依賴(lài)于超聲振蕩，將消耗大量的能量，限制了光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

流動(dòng)的水是一種自然界中產(chǎn)生電能的穩(wěn)定、連續(xù)和可獲得的能源之一。有機(jī)壓電材料具有出色的靈活性、耐腐蝕、成本低、環(huán)境友好，可以將溫和的能量轉(zhuǎn)換為壓電潛力。聚偏氟乙烯(PVDF)是一種白色粉末狀半結(jié)晶型聚合物，存在多種晶體結(jié)構(gòu)。其中beta (β) 晶相為全反式 TTTT 結(jié)構(gòu)，具有較高的自發(fā)極化強(qiáng)度，具有良好的壓電性、熱釋電性和鐵電性。由于它柔軟質(zhì)輕、韌性高、耐沖擊，有利于其在自然條件下發(fā)生變形，產(chǎn)生壓電勢(shì)。但目前壓電光催化復(fù)合膜制備技術(shù)存在一個(gè)共性問(wèn)題，即所制備的膜表面致密，導(dǎo)致光催化劑活性位點(diǎn)容易被膜包埋，同樣長(zhǎng)期制約著壓電光催化復(fù)合膜的發(fā)展和推廣。

發(fā)明內(nèi)容