[发明专利]光催化剂和光催化剂薄膜及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括：

芯部（10），所述芯部（10）包括第一半导体材料；

中间层（20），所述中间层（20）包覆在所述芯部（10）的外周，其中包括压电材料；

外层（30），所述外层（30）负载在所述中间层（20）的外周，其中包括第二半导体材料和/或具有表面等离子体效应的金属纳米颗粒；

其中，所述压电材料为经过极化处理的压电材料，所述压电材料为钛酸钡和/或钛酸铅；所述第一半导体材料为二氧化钛，所述第二半导体材料为氧化银，所述金属纳米颗粒为金。

2.根据权利要求1所述的光催化剂，其中，所述芯部（10）为纳米线、纳米管或纳米级薄膜。

3.根据权利要求2所述的光催化剂，其中，

所述芯部（10）为纳米线或纳米管时，芯部的直径范围为80～200nm，长度为1～20μm，所述芯部（10）纳米级薄膜时，芯部的厚度范围为50nm～20μm；

所述中间层（20）的厚度范围为2～10nm；

所述外层（30）的厚度范围为5～50nm，所述外层（30）中金属纳米颗粒的粒径为2～20nm。

4.根据权利要求1所述的光催化剂，其中，所述芯部（10）为二氧化钛纳米线，所述中间层（20）为钛酸钡包覆层，所述外层（30）为金纳米颗粒负载层。

5.一种光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包括导电基板和以陈列形成在所述导电基板上的光催化剂，所述光催化剂为权利要求1至4中任意一项所述的光催化剂，所述光催化剂中的芯部与所述导电基板相连。

6.一种权利要求1至4中任意一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1、提供包括第一半导体材料的芯部；

S2、在所述芯部的外周包覆形成包括压电材料的中间层，得到中间体；

S3、在所述中间体的外周形成包括第二半导体材料和/或具有表面等离子体效应的金属纳米颗粒的外层，得到光催化剂；

S4、将所述光催化剂作为工作电极放入两电极体系中，对位于中间层的压电材料进行极化处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述S1中芯部为纳米线、纳米管或纳米级薄膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述S1中芯部为纳米线或纳米管。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述S1中在导电基板上生长第一半导体材料的纳米线阵列或纳米管阵列，并以生长在所述导电基板上的纳米线阵列或纳米管阵列作为芯部进行后续的步骤S2-S3。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其中，

所述S2中通过促使其他材料与芯部材料发生化学合成反应以在所述芯部的外周形成包括压电材料的中间层；或者通过水热合成法在所述芯部的外周形成包括压电材料的中间层；或者通过磁控溅射法在所述芯部的外周形成包括压电材料的中间层；

所述S3中通过磁控溅射法形成包括第二半导体材料的外层；或者通过磁控溅射法形成包括金属纳米颗粒的外层；或者先通过水热合成法形成第二半导体材料前驱体层，再通过烧结将第二半导体材料前驱体转化为第二半导体材料，以形成包括第二半导体材料的所述外层。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，

所述S3中通过磁控溅射法形成包括金属纳米颗粒的外层时，还包括对所形成的包括金属纳米颗粒的外层进行还原处理的步骤，所述还原处理的步骤包括将形成有包括金属纳米颗粒的外层的光催化剂作为工作电极置于三电极体系中进行还原处理。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其中，所述还原处理的条件包括：电压为-3～-1V，时间为1～5min。