[发明专利]一种柔性有机压电-光催化复合螺旋纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性有机压电‑光催化复合螺旋纤维的制备方法，包括如下步骤：制备光催化剂、有机压电材料和溶剂的前驱液；将所述前驱液装入微流控装置并以一定流速从一定口径的出液管流出；流出的前驱液流入到固化液中进行固化获得螺旋纤维。本发明方法制备的有机压电‑光催化复合螺旋纤维在水流作用下能够持续产生自修复压电势，有效促进光催化剂光生电子‑空穴对的分离，大大提高了光催化效率；并且本发明方法制备的复合螺旋纤维显著提高光催化剂降解有机有害物的效率，对于光催化分解水产氢也起到很好的增强作用。

技术领域

本发明属于光催化技术、压电技术以及微流控技术领域，具体涉及将柔性有机压电材料与半导体光催化剂进行有效复合，利用微流控技术可控合成复合螺旋纤维。

背景技术

能源危机和环境污染是目前人类面临的两个主要问题，引起了全球学者的广泛关注。半导体光催化剂由于其可以利用太阳能在室温下分解水产生清洁能源氢能、降解有害物质、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味等，其在能源及环境领域呈现广阔的前景，成为当今社会的主要研究热点之一。光催化技术自上世纪七十年代发展以来取得了飞速的发展，目前开发了大量的光催化剂。但是光催化剂的效率还比较低，主要原因之一是光催化剂光生电子-空穴对的复合率比较高。为了抑制光生载流子的复合，基于在催化剂体系内构筑内建电场，提出了很多的改性方法，包括在半导体光催化剂表面担载贵金属、构筑异质结、构建Z-系统等。但内建电场很容易被光生电子和空穴所饱和，严重限制了内建电场对光生电子-空穴对分离的促进作用。

最近的研究表明可以利用外界能量场驱动压电材料产生交变的压电势，进而持续增强光催化效率的提高。但是，压电势的产生依赖于外界超声振荡的能量，消耗大量的能量，这与可持续发展战略相违背。

微流控（Microfluidics）技术指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为纳升到阿升）的系统所涉及的科学和技术，具有微型化、集成化等特征。微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室和微全分析系统。虽然微流控技术广泛使用，但在压电材料领域中的应用则并未见报道。

因此，迫切需要设计一种新型的压电-光催化复合体系，实现其在自然条件下产生压电势驱动的内建电场的自修复过程，并利用其持续显著提高半导体光催化剂的光催化活性。

发明内容

本发明的目的是开发一种制备新的压电-光催化复合材料体系—柔性有机压电-光催化复合螺旋纤维的方法，制备的螺旋纤维利用螺旋结构的简谐振动实现压电势的自修复，持续促进光催化剂光生载流子的分离，提高半导体光催化剂的催化性能，从而解决现有技术中存在的催化剂内建电场易于饱和、光催化效率低下的问题。

本发明的技术方案：

一种柔性有机压电-光催化复合螺旋纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）先在溶剂中加入光催化剂粉末进行超声分散获得分散液，再在分散液中混合有机压电材料粉末，磁力搅拌至所述有机压电材料完全溶解，获得有机压电-光催化复合前驱液；

（2）将所述步骤（1）中的有机压电-光催化复合前驱液吸入微流控装置并以6~30mL/s流速从100~180μm口径的出液管流出；

（3）所述步骤（2）中流出的有机压电-光催化复合前驱液流入到固化液中进行固化获得螺旋纤维。

为了使制得的螺旋纤维具有优异的光催化效果，所述步骤（1）中的光催化剂粉末与溶剂的质量比为1:9~1:45，所述有机压电材料与溶剂的质量比为1:6~1:9。