三元多种催化协同光触媒压电薄膜及其制备方法

本发明涉及光触媒制备，具体涉及一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、在自然环境中，太阳能、废热以及水体机械振动等都是潜在的能量来源，通过高效地收集和转换技术，我们可以将这些能量转化为可利用的能源，从而减少对化石燃料的依赖，解决环境污染问题。据报道，太阳能驱动的光催化技术，可以有效地吸收太阳光能，转化为化学能，形成光生电子(e-)空穴(h+)对，产生达到减少或消除环境污染物的目的。

2、然而，由于其光催化活性较低，其实际应用受到了很大的限制，其中一个主要原因是光生成载体的高重组率。光催化材料内部电场的构建可能为电子-空穴对的分离提供动力，从而抑制它们的复合。虽然已经采用了很多方法来形成内部电场，包括异质结的构建，但由于外部电荷和内部光生载流子使其饱和，常见的内部电场的作用是不够持久的。因此，开发一种可持续提供载流子驱动力的策略是十分必要的。仅仅具有光催化特性的单一材料在其光催化输出和响应能力的灵敏度上都远低于实际的需求，如何对半导体光催化材料进行优化设计，选择合适的压电材料，利用半导体特性与压电特性相结合的方法，促进其载流子的转移效率，从而提高压电输出能力，使其不断的向实际需求和能源需求靠近。因此，设计并开发一种半导体与压电特性相结合的压电纳米光催化剂来提高其应用的广度，是目前值得关注的话题。

3、近年来，由于石墨相氮化碳(g-c3n4)具有共轭结构、带隙窄、活性位点丰富等优点，在污水光降解和光催化制氢领域成为一种具有发展潜力的新型半导体光催化剂。但光生载流子的比表面积小、复合可能性高、对可见光的敏感性差等限制了其进一步发展。采用上述新型半导体光催化剂处理印染废水时，存在光催化效率低、难以回收等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜及其制备方法，目的是解决现有技术中存在的印染废水处理效率低、材料难以回收的问题。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、将第一质量的六水硝酸铈与第一体积的氢氧化钠溶液进行混合、搅拌得到第一混合液，将所述第一混合液进行加热，冷却至室温后得到第一沉淀，对所述第一沉淀进行纯化、干燥后研磨成第一粉末，所述第一粉末为二氧化铈粉末；

5、将第二质量的尿素与所述第一粉末混合，得到第一混合物，对所述第一混合物进行加热煅烧、冷却后磨成第二粉末，所述第二粉末为光触媒复合物；

6、将第三质量的聚氟乙烯粉末与第一质量分数的所述第二粉末混合，得到第二混合物，对所述第二混合物进行碾磨均匀，加入第二体积的n,n-二甲基甲酰胺得到第二混合液；

7、对所述第二混合液进行搅拌、静置，直至所述第二混合液未出现气泡，将所述第二混合液倒在玻璃基板上，控制刮刀厚度，均匀刮出薄膜，进行干燥后将膜从基板分离下来，得到二元g-c3n4/pvdf光触媒压电薄膜；

8、将第四质量的聚氟乙烯粉末与第二质量分数的所述二元g-c3n4/pvdf光触媒压电薄膜混合，再加入第三体积的n二甲基甲酰胺得到第三混合液，对所述第三混合液进行搅拌、静置，直至所述第三混合液未出现气泡，将所述第三混合液倒在玻璃基板上，控制刮刀厚度，均匀刮出薄膜，进行干燥后将膜从玻璃基板分离下来，得到三元cent/g-c3n4/pvdf光触媒压电薄膜。

9、进一步地，所述第一质量为0.001～1.74g，所述第一体积为5～100ml；

10、所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠与去离子水的体积比为1：50；

11、所述搅拌得到第一混合液具体为：进行30～120min的磁力搅拌得到第一混合液；

12、所述将所述第一混合液进行加热具体为：将所述第一混合液在100～240℃的反应容器中加热6～24h；

13、所述对所述第一沉淀进行纯化具体为：将所述第一沉淀物用乙醇溶液和去离子水交替洗涤至少三轮，所述乙醇溶液中乙醇和水的体积比为1：2。

14、进一步地，所述第二质量为15～75g；

15、所述对所述第一混合物进行加热煅烧具体为：将所述第一混合物置于坩埚中，并引入马弗炉，以4℃/min的速度逐渐加热到550℃，在550℃下保持180min。

16、进一步地，所述第三质量为0.1～1g，所述第一质量分数为0～50wt％；

17、所述第二体积为1～10ml。

18、进一步地，所述刮刀厚度控制为50～500μm；

19、所述玻璃基板面积大小为100～300cm2。

20、进一步地，所述对所述第二混合液进行搅拌、静置，直至所述第二混合液未出现气泡，具体为：将所述第二混合液置于磁力搅拌器搅拌1～24h，然后在20～25℃下进行超声波清洗仪器超声处理1h，在60℃温度下使用加热磁力搅拌3h，静置0.5～6h，直至所述第二混合液未出现气泡；

21、所述进行干燥后将膜从基板分离下来具体为：将铺有薄膜的玻璃基板放置于60℃的真空干燥箱中进行干燥6～24h，待溶剂完全蒸发后将薄膜从玻璃基板分离下来。

22、进一步地，所述第四质量为0.1～1g，所述第二质量分数为0～60wt％；

23、所述第三体积为1～10ml。

24、进一步地，所述刮刀厚度为200～300μm；

25、所述第三质量为1g，所述第四质量为0.5g。

26、同时，本发明还提供一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜，通过上述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法制备得到，所述三元多种催化协同光触媒压电薄膜中cent/g-c3n4的负载量为0～60wt％。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、本申请提供的方法中引入柔性压电材料pvdf薄膜，通过复合g-c3n4与cent/g-c3n4光催化剂复合物，促使pvdf薄膜产生更多压电性能卓越的β相，并利用柔性薄膜负载光催化剂的方式，提高整体循环利用性。通过压电增强型—光催化协同反应机理，通过内建电场和叠加压电极化场的协同作用，提高了光催化反应效率。柔性薄膜在反应前后保持着良好的柔性特性，其压电与光催化协同作用在实际应用场景中极易实现，因此为未来实际应用提供了可能性与可操作性。通过本申请制备得到的三元cent/g-c3n4/pvdf光触媒压电薄膜解决了现有技术中存在的印染废水处理效率低、材料难以回收的问题。

技术特征：

1.一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1-5任一所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，其特征在于：

9.一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜，通过如权利要求1-8任一项所述的三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法制备得到，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种三元多种催化协同光触媒压电薄膜的制备方法，该方法包括：CeO<subgt;2</subgt;粉体和CeO<subgt;2</subgt;纳米管(CeNT)/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;复合材料的制备、二元g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/PVDF光触媒压电薄膜的制备以及三元CeNT/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/PVDF光触媒压电薄膜的制备等步骤。该方法引入了柔性压电材料PVDF薄膜，通过复合g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;与CeNT/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;异质结光催化剂，促进PVDF薄膜压电性能卓越的β相的生成，并利用柔性薄膜负载光催化剂的方式，提高整体循环利用性。通过压电增强型—光催化协同反应机理，利用异质结内建电场和叠加压电极化场的协同作用，提高了光催化反应效率。通过本申请制备得到的三元CeNT/g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/PVDF光触媒压电薄膜解决了现有技术中存在的印染废水处理效率低、材料难以回收的问题。

技术研发人员：谢礼豪,卢定泽,薛周利,徐洋,游章海,李连碧,周敏,田天
受保护的技术使用者：西安工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15