[发明专利]增强光催化降解反应的压电-光催化剂及其制法和应用

说明书

本发明涉及一种增强光催化降解反应的压电‑光催化剂及其制备方法和应用，该材料通过制备压电材料锆钛酸铅粉末，制备氧化钛纳米包裹颗粒前驱体：光催化剂氧化钛纳米颗粒包裹锆钛酸铅压电粉末三个步骤制得；应用在紫外光光功率密度为1‑20mW·cm^‑2、磁力搅拌的转速为200‑1200rpm的罗丹明B染料、双酚A、对氯苯酚和苯酚液相催化降解反应体系。与现有技术相比，本发明仅仅需要通过流体机械能诱导适当的压电场，不需要引入其他元素掺杂或者异质结结构，提升光催化反应效果明显。且核壳结构的复合型催化剂机械性能、化学性质稳定，在环境治理的同时对环境无副作用。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种利用压电材料捕获的流体机械能诱导压电场增强光催化降解性能的压电-光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

半导体光催化是一种很有前景的解决环境污染和能源短缺的技术。然而该技术的发展和实际应用严重受限于光生电子-空穴的严重复合所致的催化效率和光量子效率低下等问题。传统的提升光催化反应的方法有提升半导体的结晶度、比表面积或暴露晶面、电子结构以及光电催化复合、半导体异质结复合。实验数据表明，通过高频超声波诱导压电晶体产生压电场可以有效促进广生电子-空穴的分离、提升光催化反应表现。然而额外的超声波引入很大程度上限制了工业范围上的潜在应用。因此，设计一种能够主动捕获诸如流体机械能等离散能量来形成压电场的复合型催化剂具有明显的实用意义。

201810681760.1公开了一种光催化系统，包括依次设置：非易失性极化场层、导电层与光催化剂层；所述非易失性极化场层由铁电材料在外加电场极化作用后得到；所述铁电材料选自铌镁酸铅系铁电材料、钛酸铋或锆钛酸铅；所述导电层选自Au、Ag、Cu与In中的一种或多种，贵金属加大催化剂成本且金属易造成二次污染；所述光催化剂层选自CdS和/或TiO₂，而CdS不稳定易发生光腐蚀。

201711166206.1公开了一种掺杂改性锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法，将Pb₃O₄、TiO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、Mg(OH)₂·4MgCO₃·6H₂O、Ni(CH₃COO)₂·4H₂O、ZnO、SrCO₃和Q的混合物进行预烧，以得到预烧粉料，加入造粒剂进行造粒，并制备成设定形状的粗坯，将所述粗坯进行排胶处理，将排胶处理后的所述粗坯进行烧结，以得到陶瓷元件；极化：将陶瓷元件进行极化，以得到掺杂改性锆钛酸铅压电陶瓷。所述方法较为繁杂，且需在高温下长时间煅烧，既耗能又耗时。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增强光催化降解反应的压电-光催化剂，该催化剂利用压电材料捕获的流体机械能诱导压电场来增强光催化降解性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种增强光催化降解反应的压电-光催化剂，该催化剂为压电材料表面包裹光催化材料组成，其中压电材料为锆钛酸铅压电粉末，所述的光催化材料为光催化剂氧化钛纳米颗粒，所述的压电材料与光催化材料的质量比为1:(2.34-9.35)：

进一步地，所述的锆钛酸铅压电粉末中铅元素、锆元素、钛元素摩尔比为100:(90-98):(2-5)。

一种增强光催化降解反应的压电-光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备压电材料锆钛酸铅粉末：将氧化锆、氧化钛、氧化铅混合粉末球磨后，进行煅烧和粉碎，即可得到具有球形结构的锆钛酸铅粉末；

(2)制备氧化钛纳米包裹颗粒前驱体：将所述的锆钛酸铅粉末超声分散在无水乙醇中，然后加入浓氨水，最后逐滴加入钛酸四丁酯，即得到前驱体溶液；