[发明专利]一种基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件，包括石英玻璃基底、TiO₂微腔多孔层和TiO₂/Cu复合薄膜，其中，所述TiO₂微腔多孔层设置于所述石英玻璃基底的表面，所述TiO₂微腔多孔层由TiO₂微腔阵列形成，单个TiO₂微腔为顶部和底部开口的球腔，且TiO₂微腔顶部的开口尺寸大于底部的开口尺寸；所述TiO₂微腔的底部开口处裸露的石英玻璃基底表面以及TiO₂微腔表面均设置有TiO₂/Cu复合薄膜，所述TiO₂/Cu复合薄膜包括TiO₂基体和掺杂在所述TiO₂基体中的Cu纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件，其特征在于，所述石英玻璃基底呈矩形，所述石英玻璃基底的边长为10～200mm，厚度为0.3～2.2mm，平均透光率为75～99％。

3.根据权利要求1所述的基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件，其特征在于，所述TiO₂微腔的内径为500～1500nm，厚度为150～800nm；所述TiO₂微腔多孔层的比表面积为1～60m²/g。

4.根据权利要求1或3所述的基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件，其特征在于，所述TiO₂/Cu复合薄膜的厚度为50～200nm；所述TiO₂/Cu复合薄膜中Cu与Ti的摩尔比为(0.1～10)：100，所述Cu纳米粒子的粒径为5～50nm；所述TiO₂/Cu复合薄膜为晶态结构，晶粒的尺寸为10～100nm。

5.权利要求1～4任一项所述基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在石英玻璃基底的表面制备TiO₂微腔多孔层，所述TiO₂微腔多孔层由TiO₂微腔阵列形成，单个TiO₂微腔为顶部和底部开口的球腔，且TiO₂微腔顶部的开口尺寸大于底部的开口尺寸；

在所述TiO₂微腔的底部开口处裸露的石英玻璃基底表面以及TiO₂微腔表面制备TiO₂/Cu复合薄膜，所述TiO₂/Cu复合薄膜包括TiO₂基体和掺杂在所述TiO₂基体中的Cu纳米粒子，得到基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在石英玻璃基底的表面制备TiO₂微腔多孔层包括以下步骤：

将聚苯乙烯微球、水和乙醇混合，得到聚苯乙烯微球悬浊液；

将所述聚苯乙烯微球悬浊液滴加于载体的表面，之后将滴加有聚苯乙烯微球悬浊液的载体的一半倾斜浸于乙醇水溶液中，滴加有聚苯乙烯微球悬浊液的载体的另一半暴露在空气中，在表面张力作用下在乙醇水溶液表面的部分区域形成聚苯乙烯微球单分散膜；在乙醇水溶液表面没有聚苯乙烯微球单分散膜的区域滴加非离子表面活性剂溶液，在非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂的推动作用下，聚苯乙烯微球单分散膜在乙醇水溶液表面形成致密聚苯乙烯微球薄膜，所述致密聚苯乙烯微球薄膜由单层紧密排列的聚苯乙烯微球形成；采用石英玻璃基底将所述致密聚苯乙烯微球薄膜从乙醇水溶液表面捞出，经干燥，在石英玻璃基底的表面得到致密聚苯乙烯微球薄膜；

采用原子层沉积法在所述致密聚苯乙烯微球薄膜中聚苯乙烯微球不占位置的区域沉积TiO₂，形成TiO₂薄膜；之后采用电感耦合等离子体刻蚀法进行刻蚀，以去除聚苯乙烯微球顶部的TiO₂薄膜以及聚苯乙烯微球，在石英玻璃基底表面形成TiO₂微腔多孔层。