[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

说明书

本发明提供了一种基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件及其制备方法和应用，属于光催化器件技术领域。本发明提供了一种基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件，包括石英玻璃基底、TiOsubgt;2/subgt;微腔多孔层和TiOsubgt;2/subgt;/Cu复合薄膜，其中，所述TiOsubgt;2/subgt;微腔多孔层设置于所述石英玻璃基底的表面，所述TiOsubgt;2/subgt;微腔多孔层由TiOsubgt;2/subgt;微腔阵列形成，单个TiOsubgt;2/subgt;微腔为顶部和底部开口的球腔，且TiOsubgt;2/subgt;微腔顶部的开口尺寸大于底部的开口尺寸；所述TiOsubgt;2/subgt;微腔的底部开口处裸露的石英玻璃基底表面以及TiOsubgt;2/subgt;微腔表面均设置有TiOsubgt;2/subgt;/Cu复合薄膜。本发明提供的光催化器件比表面积大，光催化效率高，且使用后整个光催化器件便于分离回收。

技术领域

本发明涉及光催化器件技术领域，尤其涉及一种基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件及其制备方法和应用。

背景技术

目前，水环境污染问题是人类面临的重大威胁，水环境中有机污染物处理已经成为全球关注的重大问题。1976年，John.H.Carey利用TiO₂作为催化剂，在光照条件下降解联苯和多氯联苯。TiO₂光催化降解有机污染物的原理是当光照射TiO₂的时候，TiO₂的价带电子会跃迁到导带，同时产生空穴。这时TiO₂表面的溶解氧会与电子结合成超氧负离子，氢氧根离子与空穴结合后与水会氧化生成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基都具有很强的氧化性，会将绝大多数的有机污染物氧化生成无污染的CO₂和H₂O。研究表明，TiO₂具有无毒、化学性质稳定、催化活性好、氧化能力强以及使用时条件温和等优点，在水处理等方面受到了极大的重视并得到了快速发展。

但目前仍然存在很多技术难题，如：1)TiO₂禁带宽度较大，锐钛矿型TiO₂禁带宽度为3.2ev，TiO₂只有受到紫外光照射时才能形成电子-空穴对，对太阳光的吸收仅限于波长小于387.5nm的紫外区，对太阳能利用率不足3％；2)光激发产生的电子-空穴对极不稳定，如果没有适当的俘获剂或表面晶格缺陷存在，光生电子与空穴极易复合并以热量的形式释放，大大降低了光催化效率；3)常用的粉末状TiO₂分离回收困难，限制了其应用。

为克服上述缺陷，国内外科研工作者在TiO₂中掺杂具有3d电子的过渡金属纳米粒子来改善其光催化性能，掺杂具有3d电子的过渡金属纳米粒子的TiO₂不仅可产生掺杂能级和降低禁带宽度，还可以在晶格中引入缺陷位置或者改变晶格度，这样减少了电子-空穴的复合，提高了光催化效率。除了上述在材料制备上的改进，还可以通过结构上的改进来改善光催化器件性能，比如将TiO₂制作成薄膜便于回收利用已成为目前研究的全新方向。研究表明，锐钛矿相TiO₂薄膜与锐钛矿相TiO₂粉体一样，可用于降解水中有机污染物，且TiO₂薄膜的表面积越大越有助于有机污染物在其表面的吸附和光生载流子的生成，也有利于光的吸收，从而提高光催化能力。对于TiO₂薄膜而言，减小晶粒有利于增大其表面积，但是如何进一步增加TiO₂薄膜的比表面积，以进一步提高其光催化能力，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二氧化钛/铜复合薄膜的光催化器件及其制备方法和应用，本发明提供的光催化器件比表面积大，光催化效率高，且使用后光催化器件便于分离回收。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：