[发明专利]一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法

说明书

本发明涉及一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法，尤其涉及其在界面催化反应及水质净化领域的应用，属于新型功能材料制备及应用技术领域。主要利用具有高压电响应的新型石墨炔材料为结构调控剂，原位诱导压电材料在其边缘取向生长，形成活性缺陷，加速电子和空穴的分离，显著提升复合材料的压电性催化性能。同时，以机械力化学法合成材料，调控材料的尺寸与层厚度，提升复合压电催化材料的摩擦敏感性，并增强其机械稳定性，实现高压电活性与高寿命的双重目标。在原位球磨法提供机械力的条件下，能够通过压电催化反应，高效可持续的氧化降解水中的有机污染物。

技术领域

本发明提供了一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法，涉及一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备方法，尤其涉及其在界面催化反应及水质净化领域的应用，属于功能材料制备及应用技术领域。

背景技术

压电催化材料是近几年新兴的优异材料之一，但目前大多材料的应用主要针对于能源领域，环境领域的应用还有待于进一步拓展和研究。近期，CN109331882A公开了一种有机压电-光催化复合螺旋纤维，实现了在水流作用下能够持续产生自修复压电势，有效促进光催化剂光生电子-空穴对的分离，大大提高了光催化降解污染物的效率。CN108772063A公开一种Ag₂O/Bi₄Ti₃O₁₂压电光催化剂及其合成方法，在超声辅助光照催化条件下，显著提高了催化材料降解有机物的能力。CN109529807A通过原位光生成氧化钛纳米颗粒包裹锆钛酸铅压电粉末得到复合催化剂材料，当通过流体机械能诱导时，会产生压电场，显著提升光催化反应效果明显。大连理工大学的柳丽芬等发明了一种压电材料构建光催化自偏压污染控制系统(CN110165243A)，能够在光照条件下，通过光催化和压电效应作用降解污染物，在无光照条件下，则可通过压电效应作用实现电能输出，耦合高级氧化技术可提升污水处理效果。可见，目前的多数压电催化的环境应用均需要耦合其他净化技术，单独压电催化环境应用还相对较少。

我国现用的水处理工艺设备相对简单不易改进，且多数在暗环境下进行，如何实现暗环境下耦合原有工艺降解水中污染物是研究的难点。南昌航空大学的刘智勇等以K₂CO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅、Li₂CO₃等为原料，通过高温处理得到了铌酸钾钠基压电陶瓷，并以超声引发压电催化反应，实现了染料废水的高效降解(CN110092440A)。中山大学的何春等公开了压电材料钛酸钡在超声激活过硫酸盐处理废水中的应用(CN109607739A)，在压电激活过硫酸盐体系中可以产生多种自由基，对布洛芬等药物废水的去除率可达98％以上，并且不具有选择性可广泛应用于各类废水处理体系。

压电催化材料的催化活性和机械稳定性是制约其工程应用的主要因素。如何提高材料的压电催化活性也是目前研究的热点。西安理工大学的汤玉斐等 (CN108411406B)通过静电纺丝技术，将压电陶瓷前驱体与可纺聚合物复合，通过高温煅烧减少复合材料之间的阻抗，从而提高材料的压电性能。此外，他们还发现通过多级水热反应，可以构筑具有多级结构的压电材料，通过压电性能测试发现，多级结构有利于电子空穴分离，提高压电催化活性 (CN110540430A)。然而，在机械力作用下压电催化材料的活性位点会逐渐被破坏，活性会逐渐降低，研究表明将压电催化材料固定在PVDF可以提高材料的稳定性，但10个循环后，催化活性只维持了80％。

因此，针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法。通过引入石墨炔材料为结构调控剂和电子传输快速通道，原位诱导压电材料的生成，得到石墨炔基复合压电催化材料。在材料合成过程中，利用球磨法引发机械力化学反应合成，调控材料的介观尺寸，强化材料的摩擦敏感性，同时应用球磨提供机械力，原位引发压电催反应，实现活性位点的自修复，显著提高材料的稳定性，拓展其工程应用领域。

发明内容