復合光催化劑及其制備方法和應用
【專利說明】一種Cu20/CH3NH3Pb 13/T i 02復合光催化劑及其制備方法和應用
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復合光催化劑及其制備方法和應用，屬于納米催化材料領域。
【背景技術】
[0002]隨著人類社會的發(fā)展和科學技術的進步，人們的生活質量變得越來越高。與此同時，也在大范圍的破壞著周圍的環(huán)境。能源與環(huán)境問題是當今世界的兩大主要問題。太陽能的大規(guī)模應用是解決能源與環(huán)境問題，實現人類社會可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。具有催化活性的半導體在光照下可以實現有機污染物的降解，因此光催化被廣泛的應用于環(huán)境保護之中。目前，1102是光催化過程中最受歡迎的半導體。
[0003]雖然如此，仍有諸多因素制約著T12催化劑催化效率的提高，以下幾個方面的因素是比較關鍵的:①1102是寬禁帶半導體，其吸收光譜位于紫外光波段，對可見光吸收較弱。而在太陽光中，紫外光僅占4%，太陽光譜中占43%的可見光沒有被利用。②在1102催化劑中光生電子、空穴不能有效傳輸且在傳輸過程中容易復合。上述因素與材料、催化劑結構及制備技術有密切聯系。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種Cu2CVCH3NH3Pb13/T12復合光催化劑及其制備方法和應用，該催化劑采用無機/有機/無機復合結構，能夠大幅度提高光催化劑的降解效率。
[0005]為了解決以上技術問題，本發(fā)明的技術方案為:
[0006]一種&120/013見^^13/1102復合光催化劑，包括碳纖維襯底層、T1 2納米薄膜層、一維T12納米結構層、光活性材料層以及Cu2O薄膜層，其中，碳纖維襯底層、1102納米薄膜層、一維1102納米結構層以及Cu2O薄膜層依次由內向外設置，所述光活性材料層填充于一維1102納米結構層內。
[0007]優(yōu)選的，所述一維T12納米結構層中的所有一維T12納米結構垂直于碳纖維呈發(fā)散狀排布。一維1102納米結構呈發(fā)散狀排布有助于增加比表面積，使其更好地與光活性材料層配合，更好地提高催化效率。
[0008]進一步優(yōu)選的，所述一維T12納米結構為N型半導體。P型半導體Cu2O與N型半導體1102能夠形成異質結，能夠有效促進光生電子-空穴的分離，進而可以有效提高催化效率。
[0009]優(yōu)選的，所述光活性層的物質為CH3NH3PbI3。有機分子CH3NH3PbI3沿一維T12納米結構表面的排布也能提高空穴的傳輸效率，并能夠減小電子和空穴在傳輸過程中的復合。
[0010]進一步優(yōu)選的，所述光活性層的厚度為2?3 μπι。該厚度能保證光活性層全部填入到一維T12納米結構層。
[0011]優(yōu)選的，所述Cu2O薄膜層中的Cu2O薄膜為P型半導體材料。P型半導體材料具有良好的穩(wěn)定性，且能形成pn結，這有助于提高電子-空穴對的分離效率。
[0012]進一步優(yōu)選的，所述Cu2O薄膜層的厚度為I?2 μπι。該厚度能夠保證填平1102納米薄膜層，并能有效的保護光活性層。
[0013]優(yōu)選的，所述T12納米薄膜層的厚度為3?4 μπι。該厚度能夠保證一維T1 2納米結構層垂直生長，同時能夠使光活性層有效填入。
[0014]一種Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復合結構光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0015](I)將碳纖維在T12溶膠中浸潤，制備T12納米薄膜層，并將制備的T12納米薄膜層進行退火處理；
[0016](2)在步驟⑴制備的Ti02m米薄膜層上制備一維T1 2納米結構層；
[0017](3)在步驟⑵制備的一維T12納米結構層內制備光活性材料層；
[0018](4)在步驟(3)所制備的光活性材料CH3NH3PbIJl上制備Cu2O薄膜層:首先將步驟
(3)制得的結構在乙酸銅的乙醇溶液中浸潤，然后在氫氧化鈉的乙醇溶液中浸潤，待變?yōu)辄S綠色，得Cu2O薄膜層。
[0019]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述T12溶膠中鈦酸四丁酯與無水乙醇的體積比為1:25?I:30o在該濃度下的T12溶膠制備的1102納米薄膜層的厚度適中，正好可以保證一維T12納米結構層垂直生長，同時能夠使光活性層有效填入一維T12納米結構層。
[0020]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述退火的溫度為400°C?700°C，退火的時間為30?60分鐘。該條件下T12能夠獲得更好的晶體結構。
[0021]優(yōu)選的，步驟(2)中，所述一維T12納米結構層的制備方法為水熱法。該方法簡單易行、成本低廉。
[0022]優(yōu)選的，步驟(3)中，光活性材料層為CH3NH3PbIJl。CH 3NH3PbI3沿一維T1 2納米結構表面的排布也能提高空穴的傳輸效率，并能夠減小電子和空穴在傳輸過程中的復合。
[0023]進一步優(yōu)選的，步驟(3)中，所述CH3NH3PbI3層采用先旋涂后浸潤的制備方法。
[0024]優(yōu)選的，步驟⑷中，乙酸銅的乙醇溶液的濃度為0.01-0.02g/mlo
[0025]優(yōu)選的，步驟(4)中，氫氧化鈉的乙醇溶液的濃度為0.01-0.02g/ml。
[0026]所述&120/013見13?1313/1102復合結構光催化劑在降解水中有機污染物中的應用。
[0027]本發(fā)明的有益效果為:
[0028]1、一維1102納米結構可以提高電子的輸運能力，同時有機分子CH 3NH3PbI3沿一維T12納米結構表面的排布也能提高空穴的傳輸效率，并能夠減小電子和空穴在傳輸過程中的復合；
[0029]2、光活性材料層可以實現寬光譜吸收，因而可以提高可見光的利用率，提高催化效率；
[0030]3、無機材料P型半導體Cu2O薄膜具有良好的穩(wěn)定性，本發(fā)明中的催化劑的結構為無機/有機/無機復合結構，該結構能夠延長光催化劑的壽命；
[0031 ] 4、P型半導體Cu2O與N型半導體T12能夠形成異質結，能夠有效促進光生電子-空穴的分離，進而可以有效提高催化效率；
[0032]5、碳纖維作為襯底，可以有效提高催化劑的強度，提高催化劑的使用壽命。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復合結構光催化劑的結構示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的催化劑降解羅丹明B實驗的結果示意圖。
[0035]其中，1、碳纖維襯底層，2、T12納米薄膜層，3、一維T12納米結構層，4、光活性材料層，5、Cu2O薄膜層。
【具體實施方式】
[0036]由圖1可知，本發(fā)明的Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復合結構光催化劑采用無機/有機/無機復合結構，該復合結構光催化劑包括碳纖維襯底層1，T12納米薄膜層2，一維T1 2納米結構層3，光活性材料層4，Cu2O薄膜層5。T12納米薄膜層2包裹在碳纖維的外側，一維T12納米結構層3中的每個一維T12納米結構均垂直于碳纖維襯底層I呈發(fā)散狀設置，光活性材料層4涂在一維T12納米結構層3的外側，Cu 20薄膜層5涂在光活性材料層4的外側。
[0037]Cu2O薄膜層5為P型半導體，其具有良好的穩(wěn)定性，光活性材料層4中的光活性物質為CH3NH3PI3，可以實現寬光譜吸收，因而可以提高可見光的利用率，提高催