[发明专利]一种具有光催化协同效应的自清洁表面的制备方法

说明书

本发明公开一种具有光催化协同效应的自清洁表面的制备方法。其制备步骤如下：1)纳米ZnO的制备：利用水热法在锌片上生长ZnO纳米结构；2)复合纳米ZnO/CdS的制备：采用化学浴沉积法在制得的ZnO纳米结构上复合CdS，得到复合纳米ZnO/CdS；3)超疏水改性：通过浸渍法在得到的纳米结构上修饰硬脂酸，使表面获得超疏水性；通过上述三步即得到本发明所述的具有光催化协同效应的自清洁表面。本发明的制备的自清洁表面具有优良的抗污性能，并且其具备的光催化机制对降解表面有机污染物，维持自清洁能力有协同增强效应。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种具有光催化协同效应的自清洁表面的制备方法。

背景技术

固体表面疏水性具有许多重要的应用，如自清洁，低阻力，油水分离和抗污等。在自然界中，有许多植物，昆虫和动物具有超疏水的能力，例如，荷叶、蝴蝶、玫瑰花等，能够排斥水和低表面张力的液体。近年来受自然材料的启发，自清洁技术的开发成为了研究热点，其在许多领域都能得到广泛的应用，如建筑领域或者汽车行业的玻璃清洁，纺织品和太阳能电池板等领域。而超疏水表面通过水滴的滚动作用去除表面污染，是实现自清洁的策略之一。目前，构建超疏水表面的策略主要从以下两个方面着手：获得粗糙度和低表面能物质改性。此外，利用具有光催化性能的合适金属氧化物将易于获得粗糙结构，并有助于通过太阳能降解机制清洁表面上的外来有机污染物以实现自清洁。

从研究和工业应用的角度来看，ZnO是一种多功能材料，因为它具有高光催化效率，高量子效率，良好的载流子迁移率，易于大规模制造和丰富。目前，ZnO已经被开发出许多具有优异光催化效率的结构，如纳米棒，纳米线，纳米球和海胆状结构等。然而，纯ZnO仍然存在问题。其光生电子-空穴对的快速重组降低了光催化效率。为了提高ZnO的光催化性能，有一些常用的方法，即掺杂金属或非金属离子，沉积贵金属，并将ZnO与其他半导体材料结合。在上述方法中，由于异质结构具有组合两种具有比单个组分更低的光激发阈值的材料和通过其物理分离的带隙降低电子-空穴对的复合率的能力的主要性质，将ZnO与其他半导体材料组合一直引起人们的极大关注。目前，已报道了许多类型的异质结，包括ZnO/TiO₂、ZnO/GO和ZnO/Ag₂S等。

纳米氧化锌的表面本身具有亲水性。赋予疏水性可以增强其自清洁和防污活性并增大其光催化性能应用。

本发明通过操作简单易控的水热法在锌基底上获得了ZnO纳米结构，为改善ZnO光生载流子缺陷使用化学浴沉积复合了CdS，得到了ZnO/CdS复合纳米光催化剂。在此基础上，采用浸渍法对ZnO/CdS复合纳米光催化剂进行超疏水改性，得到的是具有光催化协同效应的自清洁表面。本发明通过简单的技术可以实现对复合纳米结构的形貌调控和改性后超疏水性能的调控，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有光催化协同效应的自清洁表面的方法。该方法工艺简单，无需催化剂，并在相对较低的温度下可获得性能良好的ZnO/CdS复合纳米结构，并在此基础上，采用浸渍法对ZnO/CdS复合纳米光催化剂进行超疏水改性，得到的是具有光催化性能和抗污性能协同增强的自清洁表面。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：所述的具有光催化协同效应的自清洁表面的制备步骤如下：

S1纳米ZnO的制备：将锌片经过打磨、清洗后置于盛有水热反应溶液的特氟龙内衬不锈钢反应釜中进行水热反应，随后将产物用去离子水清洗烘干，然后置于马弗炉中退火处理即制备得到花状纳米ZnO。

S2复合纳米ZnO/CdS的制备：将步骤S2制备得到的花状纳米ZnO和化学浴沉积反应液混合进行化学浴沉积反应即得复合纳米ZnO/CdS；

S3具有光催化协同效应的自清洁表面的制备：将步骤S2制备得到的复合纳米ZnO/CdS和硬脂酸的乙醇溶液混合均匀进行改性反应得到，反应结束后清洗、烘干即得所述的具有光催化协同效应的自清洁表面。