[發(fā)明專利]具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202210337683.4 | 申請(qǐng)日: | 2022-03-31 |
| 公開(公告)號(hào): | CN114682242A | 公開(公告)日: | 2022-07-01 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 彭勇;王繼澤 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 武漢理工大學(xué) |
| 主分類號(hào): | B01J21/06 | 分類號(hào): | B01J21/06;B01J27/135;B01J27/24;B01J35/00;B01J35/10;C01B32/40;C25B1/23;C25B1/55;C25B11/055;C25B11/069;C25B11/091 |
| 代理公司: | 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102 | 代理人: | 崔友明 |
| 地址: | 430070 湖*** | 國(guó)省代碼: | 湖北;42 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 具有 電場(chǎng) 多孔 結(jié)構(gòu) 大面積 光催化 器件 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件,包括依次疊層設(shè)置的基板、導(dǎo)電層、第一光催化層以及介孔層,介孔層中填充有第二光催化層,第二光催化層材料的導(dǎo)帶低和價(jià)帶頂均高于第一光催化層中的光催化材料,且第二光催化層材料的禁帶寬度小于第一光催化層。還提供一種具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件的制備方法。本發(fā)明在不額外消耗外來(lái)能量的條件下,通過構(gòu)建內(nèi)建電場(chǎng)解決光生電荷無(wú)序移動(dòng)易復(fù)合的問題,提高了太陽(yáng)燃料器件的轉(zhuǎn)換效率;器件的多孔結(jié)構(gòu)提供了氣體傳輸通道以及反應(yīng)活性位點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了高效光催化反應(yīng),提高了太陽(yáng)燃料技術(shù)高效大面積應(yīng)用的可行性;光催化器件采用絲網(wǎng)印刷的制備方法,使得器件面積具有可擴(kuò)展性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及光伏催化技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件。
背景技術(shù)
1972年,F(xiàn)ujishima等人提出太陽(yáng)燃料技術(shù),其可以利用催化材料將太陽(yáng)光中的能量轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷或者一氧化碳等燃料中能夠直接利用的化學(xué)能。該技術(shù)同時(shí)為能源短缺和環(huán)境污染兩大問題提出了解決方案。目前,已經(jīng)有大量高性能太陽(yáng)燃料用催化材料的研究。
長(zhǎng)期以來(lái),比較缺少高性能太陽(yáng)燃料器件的相關(guān)工作。這主要是因?yàn)椋弘m然太陽(yáng)燃料材料具有較強(qiáng)的光催化能力,但是制成器件之后,由于光生電荷在傳輸過程中無(wú)序的移動(dòng),使得光生電荷極易發(fā)生復(fù)合,導(dǎo)致僅有少量的光生電荷能夠被利用。因此,太陽(yáng)燃料器件的轉(zhuǎn)化效率一般不高。為了提升太陽(yáng)燃料器件的轉(zhuǎn)化效率,一般是采用兩種方法,第一種,將光催化材料分散在大量的液態(tài)犧牲劑中,例如添加電子犧牲劑消耗光生空穴,促進(jìn)光生電子的利用;第二種,為光催化材料施加外置偏壓,提供大量的載流子促進(jìn)反應(yīng)。但是這兩種方法都需要額外引入了新的能量來(lái)源或者材料,增加了實(shí)現(xiàn)難度,降低了太陽(yáng)燃料技術(shù)的實(shí)用化的可行性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件,至少可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的部分缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案:一種具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件,包括依次疊層設(shè)置的基板、導(dǎo)電層、第一光催化層以及介孔層,所述介孔層中填充有第二光催化層.
進(jìn)一步,所述基板為透明基板。
進(jìn)一步,所述第一光催化層的光催化材料采用氧化鈦和類石墨狀氮化碳。
進(jìn)一步,所述介孔層的材料采用氧化鋯和石墨。
進(jìn)一步,所述第二光催化層材料的導(dǎo)帶低和價(jià)帶頂均高于所述第一光催化層中的光催化材料,且第二光催化層材料的禁帶寬度小于第一光催化層。
進(jìn)一步,所述光催化器件的孔中至少有90%的孔的孔徑控制在10~100nm之間。
本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案:一種具有內(nèi)建電場(chǎng)的多孔結(jié)構(gòu)大面積光催化器件的制備方法,包括如下步驟:
S1,清洗基板和導(dǎo)電層;
S2,在導(dǎo)電層上制備TiO2光催化層和g-C3N4光催化層,作為光催化異質(zhì)結(jié)中的可見光前吸收層;
S3,在催化反應(yīng)發(fā)生層上制備氧化鋯介孔層和石墨介孔層,作為填充第二光催化層的結(jié)構(gòu)支架;
S4,在結(jié)構(gòu)支架中填充第二光催化層,作為光催化異質(zhì)結(jié)中的可見光后吸收層,與第一光催化層構(gòu)建異質(zhì)結(jié),形成內(nèi)建電場(chǎng)。
進(jìn)一步,在所述S1步驟中,依次用洗潔精水溶液、去離子水和乙醇超聲清洗基板和導(dǎo)電層各15-20min,然后用氮?dú)饬鲗⑵浯蹈珊笤诘入x子體清洗機(jī)中再次清洗9-11min。
進(jìn)一步,在所述S2和S3步驟中,先將漿料印刷于基底上,放置于烘箱內(nèi)烘干,然后按照一定的升溫程序放置于馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)。
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