[发明专利]一种光催化材料及制备方法

权利要求书

1.一种光催化材料的制备方法，其特征在于，所述光催化材料的制备方法包括：

步骤一，将纳米TiO2、偶氮苯和溶剂加入到烧杯中，以300～400r/min的转速充分搅拌溶解20min；得到溶液A；

步骤二，将硅烷偶联剂和质子酸催化剂在另一个烧杯中以300～400r/min的转速充分搅拌溶解20min，然后将混合物倒入步骤一的烧杯中，在常温常压下反应3～6h；得到溶液B；

步骤三，将片状C₃N₄光催化剂超声分散于水中，形成2mg/ml～4mg/ml的均匀分散液；将氧化石墨烯分散于水中，形成2mg/ml～7mg/ml的均匀混合溶液；将氧化石墨烯水溶液缓慢加入到催化剂分散液中，持续搅拌随后超声处理，形成催化剂-氧化石墨烯分散液；将催化剂-石墨烯分散液在-70℃～-190℃条件下急冷至完全冻透，并采用12-36h冷冻干燥去水分，得到光催化剂C；

步骤四，对溶液A、溶液B、光催化剂C在水合肼、氨水、乙二胺在超声波中超声分散2h～4h，最后将底层的产物过滤，在300摄氏度～550摄氏度条件下退火，得到催化剂和石墨烯负载的光催化材料。

2.如权利要求1所述光催化材料的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述的偶氮苯为4-氨基偶氮苯，所述的质子酸催化剂为HCl；溶剂为乙醇。

3.一种如权利要求1所述光催化材料的制备方法制备的光催化材料，其特征在于，所述光催化材料由纳米TiO2、硅烷偶联剂、偶氮苯、质子酸催化剂、溶剂、C₃N₄光催化剂、氧化石墨烯组成；纳米TiO2：硅烷偶联剂：偶氮苯：质子酸催化剂：溶剂：C₃N₄光催化剂：氧化石墨烯的质量比例为5～10:1～2:3～6:3～6:1～2：2～4：2～4。

4.一种如权利要求1所述光催化材料的制备方法制备的光催化材料的制备系统，其特征在于，所述光催化材料的制备系统包括：

超声波模块，用于产生超声波；包括药水槽、超生波发生器、导线、超生波主机，超声波发生器安装在活化药水槽内，超声波发生器通过导线与超声波主机连接；

设备控制模块，用于通过程序设定，每当有料号投入时，控制超声波主机收到信号，发出超声波；

退火模块，与设备控制模块连接，对光催化材料进行退火。

5.如权利要求4所述光催化材料的制备系统，其特征在于，退火模块的退火方法包括：

第一步，给定一个描述现场可编程门阵列的网表文件和一个结构文件，使用模拟退火方法进行初始布局，将每个逻辑块CLB随机的分配到FPGA(Field Programmable GateArray)现场可编程门阵列的一个坐标位置上；

第二步，在初始布局的基础上，通过进行N_blocks次CLB的交换，计算得到模拟退火方法的初始温度，其中N_blocks是电路中CLB的个数；

第三步，在给定的温度下，判断温度是否达到冰点，如果达到冰点，执行第五步；

第四步，重复第三步直至接受新解的概率达到44％为止，记录当前的温度为temp44，并且保存当前的布局结果为current_best，执行第五步；

第五步，将温度设置为0，进行局部优化搜索，并保存当前最优的布局结果，模拟退火布局方法结束；

第六步，根据第五步的结果，将模拟回火方法的初始温度设置为temp44，初始布局设置为current_best；

第七步，在给定的温度下，判断温度是否达到冰点，如果达到冰点，执行第九步；

第八步，重复第七步直至温度达到冰点为止，执行第九步；

第九步，将温度设置为0，进行局部优化搜索，并保存当前最优的布局结果，模拟回火布局方法结束。

6.如权利要求5所述光催化材料的制备系统，其特征在于，在第四步中，使用模拟退火方法进行布局的过程，由仿真结果表明，当新解的接受率达到44％时，退火过程结束；记录当前温度为temp44，并且保存当前的布局结果为current_best；

应用于支持FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列开发的EDA软件的布局工具,第七步的具体步骤为：

步骤一，在当前温度下，根据T_K＜0.005·Cost/N_nets判断是否达到冰点，如果没有，执行步骤二，其中T_K为当前温度，Cost为当前布局的成本花费，N_nets为电路中的线网个数；

步骤二，随机选择一个CLB，在限定的范围内随机选择另一个CLB或者空余位置，然后进行交换，计算当前布局成本函数的改变量ΔC，如果ΔC＜0，那么可以接受这个改变，否则以概率exp(-ΔC/T_K)接受；

步骤三，重复步骤二Num_Move次，Num_Move理论上称为马可夫链长度，Num_Move＝10·N_blocks^1.33；

步骤四，在当前温度T_K和当前布局花费lastCost的基础上产生下一个温度T_new；此时有三种选择：回火到上一温度T_prev、继续保持当前温度T_K、下降到下一温度T_next，其中T_prev在之前已经保存，T_next由退火表确定；此时随机生成变量Skip的取值为K-1或者K+1，其中生成K-1的概率为a，生成K+1的概率为(1-a)，回火概率a取值在[0,0.5]；计算概率P的公式如下，

最后以min(1，P)的概率跳转到下标为Skip的温度值；公式中的常量C和α是修正值，在具体应用中确定,应用于支持FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列开发的EDA软件的布局工具中，常量C设定为回火的开始温度temp44，α_K的计算公式如下，

其中averageCost为迭代过程中所有布局花费Cost的平均值。