[發(fā)明專利]一種基于二氧化鈦/銅復(fù)合薄膜的光催化器件及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011559963.7
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112844384B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李燁;劉儒平;孫志成;曹梅娟;辛智青
• 申請（專利權(quán)）人: 北京印刷學(xué)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(wù)所 11569
• 代理人: 趙琪

本發(fā)明提供了一種基于二氧化鈦/銅復(fù)合薄膜的光催化器件及其制備方法和應(yīng)用，屬于光催化器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種基于二氧化鈦/銅復(fù)合薄膜的光催化器件，包括石英玻璃基底、TiOsubgt;2/subgt;微腔多孔層和TiOsubgt;2/subgt;/Cu復(fù)合薄膜，其中，所述TiOsubgt;2/subgt;微腔多孔層設(shè)置于所述石英玻璃基底的表面，所述TiOsubgt;2/subgt;微腔多孔層由TiOsubgt;2/subgt;微腔陣列形成，單個TiOsubgt;2/subgt;微腔為頂部和底部開口的球腔，且TiOsubgt;2/subgt;微腔頂部的開口尺寸大于底部的開口尺寸；所述TiOsubgt;2/subgt;微腔的底部開口處裸露的石英玻璃基底表面以及TiOsubgt;2/subgt;微腔表面均設(shè)置有TiOsubgt;2/subgt;/Cu復(fù)合薄膜。本發(fā)明提供的光催化器件比表面積大，光催化效率高，且使用后整個光催化器件便于分離回收。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二氧化鈦/銅復(fù)合薄膜的光催化器件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，水環(huán)境污染問題是人類面臨的重大威脅，水環(huán)境中有機(jī)污染物處理已經(jīng)成為全球關(guān)注的重大問題。1976年，John.H.Carey利用TiO₂作為催化劑，在光照條件下降解聯(lián)苯和多氯聯(lián)苯。TiO₂光催化降解有機(jī)污染物的原理是當(dāng)光照射TiO₂的時候，TiO₂的價帶電子會躍遷到導(dǎo)帶，同時產(chǎn)生空穴。這時TiO₂表面的溶解氧會與電子結(jié)合成超氧負(fù)離子，氫氧根離子與空穴結(jié)合后與水會氧化生成氫氧自由基。而超氧負(fù)離子和氫氧自由基都具有很強(qiáng)的氧化性，會將絕大多數(shù)的有機(jī)污染物氧化生成無污染的CO₂和H₂O。研究表明，TiO₂具有無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性好、氧化能力強(qiáng)以及使用時條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，在水處理等方面受到了極大的重視并得到了快速發(fā)展。

但目前仍然存在很多技術(shù)難題，如：1)TiO₂禁帶寬度較大，銳鈦礦型TiO₂禁帶寬度為3.2ev，TiO₂只有受到紫外光照射時才能形成電子-空穴對，對太陽光的吸收僅限于波長小于387.5nm的紫外區(qū)，對太陽能利用率不足3％；2)光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對極不穩(wěn)定，如果沒有適當(dāng)?shù)姆@劑或表面晶格缺陷存在，光生電子與空穴極易復(fù)合并以熱量的形式釋放，大大降低了光催化效率；3)常用的粉末狀TiO₂分離回收困難，限制了其應(yīng)用。

為克服上述缺陷，國內(nèi)外科研工作者在TiO₂中摻雜具有3d電子的過渡金屬納米粒子來改善其光催化性能，摻雜具有3d電子的過渡金屬納米粒子的TiO₂不僅可產(chǎn)生摻雜能級和降低禁帶寬度，還可以在晶格中引入缺陷位置或者改變晶格度，這樣減少了電子-空穴的復(fù)合，提高了光催化效率。除了上述在材料制備上的改進(jìn)，還可以通過結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)來改善光催化器件性能，比如將TiO₂制作成薄膜便于回收利用已成為目前研究的全新方向。研究表明，銳鈦礦相TiO₂薄膜與銳鈦礦相TiO₂粉體一樣，可用于降解水中有機(jī)污染物，且TiO₂薄膜的表面積越大越有助于有機(jī)污染物在其表面的吸附和光生載流子的生成，也有利于光的吸收，從而提高光催化能力。對于TiO₂薄膜而言，減小晶粒有利于增大其表面積，但是如何進(jìn)一步增加TiO₂薄膜的比表面積，以進(jìn)一步提高其光催化能力，是目前亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于二氧化鈦/銅復(fù)合薄膜的光催化器件及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的光催化器件比表面積大，光催化效率高，且使用后光催化器件便于分離回收。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：