[發明專利]一種基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011559963.7
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112844384B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 李燁;劉儒平;孫志成;曹梅娟;辛智青
• 申請（專利權）人: 北京印刷學院
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J37/03;B01J37/08;B01J37/02;C23C16/40;C23C16/04;C23C16/455;C23C18/02;C23C28/00;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

1.一種基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件，包括石英玻璃基底、TiO₂微腔多孔層和TiO₂/Cu復合薄膜，其中，所述TiO₂微腔多孔層設置于所述石英玻璃基底的表面，所述TiO₂微腔多孔層由TiO₂微腔陣列形成，單個TiO₂微腔為頂部和底部開口的球腔，且TiO₂微腔頂部的開口尺寸大于底部的開口尺寸；所述TiO₂微腔的底部開口處裸露的石英玻璃基底表面以及TiO₂微腔表面均設置有TiO₂/Cu復合薄膜，所述TiO₂/Cu復合薄膜包括TiO₂基體和摻雜在所述TiO₂基體中的Cu納米粒子。

2.根據權利要求1所述的基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件，其特征在于，所述石英玻璃基底呈矩形，所述石英玻璃基底的邊長為10～200mm，厚度為0.3～2.2mm，平均透光率為75～99％。

3.根據權利要求1所述的基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件，其特征在于，所述TiO₂微腔的內徑為500～1500nm，厚度為150～800nm；所述TiO₂微腔多孔層的比表面積為1～60m²/g。

4.根據權利要求1或3所述的基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件，其特征在于，所述TiO₂/Cu復合薄膜的厚度為50～200nm；所述TiO₂/Cu復合薄膜中Cu與Ti的摩爾比為(0.1～10)：100，所述Cu納米粒子的粒徑為5～50nm；所述TiO₂/Cu復合薄膜為晶態結構，晶粒的尺寸為10～100nm。

5.權利要求1～4任一項所述基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

在石英玻璃基底的表面制備TiO₂微腔多孔層，所述TiO₂微腔多孔層由TiO₂微腔陣列形成，單個TiO₂微腔為頂部和底部開口的球腔，且TiO₂微腔頂部的開口尺寸大于底部的開口尺寸；

在所述TiO₂微腔的底部開口處裸露的石英玻璃基底表面以及TiO₂微腔表面制備TiO₂/Cu復合薄膜，所述TiO₂/Cu復合薄膜包括TiO₂基體和摻雜在所述TiO₂基體中的Cu納米粒子，得到基于二氧化鈦/銅復合薄膜的光催化器件。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在石英玻璃基底的表面制備TiO₂微腔多孔層包括以下步驟：

將聚苯乙烯微球、水和乙醇混合，得到聚苯乙烯微球懸濁液；

將所述聚苯乙烯微球懸濁液滴加于載體的表面，之后將滴加有聚苯乙烯微球懸濁液的載體的一半傾斜浸于乙醇水溶液中，滴加有聚苯乙烯微球懸濁液的載體的另一半暴露在空氣中，在表面張力作用下在乙醇水溶液表面的部分區域形成聚苯乙烯微球單分散膜；在乙醇水溶液表面沒有聚苯乙烯微球單分散膜的區域滴加非離子表面活性劑溶液，在非離子表面活性劑溶液中非離子表面活性劑的推動作用下，聚苯乙烯微球單分散膜在乙醇水溶液表面形成致密聚苯乙烯微球薄膜，所述致密聚苯乙烯微球薄膜由單層緊密排列的聚苯乙烯微球形成；采用石英玻璃基底將所述致密聚苯乙烯微球薄膜從乙醇水溶液表面撈出，經干燥，在石英玻璃基底的表面得到致密聚苯乙烯微球薄膜；

采用原子層沉積法在所述致密聚苯乙烯微球薄膜中聚苯乙烯微球不占位置的區域沉積TiO₂，形成TiO₂薄膜；之后采用電感耦合等離子體刻蝕法進行刻蝕，以去除聚苯乙烯微球頂部的TiO₂薄膜以及聚苯乙烯微球，在石英玻璃基底表面形成TiO₂微腔多孔層。