[发明专利]一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种浸润性可调控的光催化气‑固‑液三相界面，包括疏水碳纸层、涂覆在碳纸上的亲水光催化剂层、在光催化剂层上接枝形成疏水剂层；其中疏水剂层经过了等离子体处理。该三相界面在应用中，通过调节控制疏水剂层的浸润性，调控到达光催化剂层的水的量，进而使气体、水以及光催化剂层之间达到有利于光催化反应的状态，促进光催化反应的进行，提高其在水处理以及杀菌中的应用效果。同时，本发明还提供了此三相界面的制备方法以及在水处理和杀菌中的应用。

技术领域

本发明涉及界面材料技术领域。更具体地，涉及一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面及其制备方法和应用。

背景技术

界面反应是多相催化的基础。研究光催化条件下的界面行为，就是研究光催化反应的本质性质，代表了该领域的发展方向。

然而，近些年来，鲜有直接研究浸润性可调控的界面行为对光催化效果影响的报道。已经得到报道的主要集中在固定浸润程度下的界面行为。其中，江雷老师课题组将锐钛矿相的TiO₂负载到了经过聚四氟乙烯处理的疏水多孔碳基底上(空气/TiO₂/H₂O三相界面)，在光照条件下，可实现活性氧物种(O₂^·-，·OH)的快速生成，因此可用于多种染料(罗丹明B，甲基橙)和污染物(水杨酸)的降解[Lei Jiang et al.J.Am.Chem.Soc.2017,139,12402-12405]；封新建老师课题组将Au修饰的TiO₂纳米片固定到聚四氟乙烯处理过的疏水碳纸上(空气/TiO₂/H₂O三相界面)，在光照射下，实现了高效的光催化H₂O转化制备H₂O₂[XinjianFeng et al.iScience 2019,17,67-73]；Jong Hyeok Park课题组构筑了有序TiO₂/无序TiO₂/H₂O的界面，在光照条件下，可以实现高效水分解产H₂的活性[Jong Hyeok Park etal.Energy Environ.Sci.2016,9,499-503]。这表明，构筑三相界面对于提升光催化性能来说是十分有效的，而且该方法的通用性强，不太依赖催化剂本身，即可以忽略复杂的催化剂制备过程。

然而，现有技术中所制备得到的三相界面的浸润性都是固定的，而浸润性会影响三相界面与反应物的接触，进而影响界面反应，因此提供一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面非常重要。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面，该三相界面为层状结构，包括有疏水碳纸层、亲水性光催化剂层以及疏水剂层；疏水剂层经过了等离子体处理，其与水的接触角可调控，实现了三相界面的浸润性的可调控。

本发明的第二个目的在于提供一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面在水处理和杀菌中的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提供一种浸润性可调控的光催化气-固-液三相界面，包括疏水碳纸层、涂覆在碳纸上的亲水光催化剂层、在光催化剂层上接枝形成疏水剂层；其中疏水剂层经过了等离子体处理。