[发明专利]Z型Cu|CuO/TiO2

说明书

本发明涉及Z型Cu|CuO/TiOsubgt;2/subgt;复合膜光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化领域。Z型Cu|CuO/TiOsubgt;2/subgt;复合膜光催化剂是采用化学氧化法将干净且干燥的铜箔氧化生成Cu|CuO，然后采用旋涂法将TiOsubgt;2/subgt;溶胶旋涂在Cu|CuO的表面，最后通过高温煅烧法得到Z型Cu|CuO/TiOsubgt;2/subgt;复合膜光催化剂。本发明中，对于合成的Z型Cu|CuO/TiOsubgt;2/subgt;复合膜光催化剂，CuO导带上的电子可以转移到铜箔上，在铜箔的另一侧还原氢离子产生氢气。同时，TiOsubgt;2/subgt;价带上的空穴可以用来降解有机污染物，实现金属箔的两面同时进行产氢和降解。此外，在外加磁场的作用下，金属复合膜光催化剂切割磁感线产生感应电动势可以促进电子‑空穴的分离，加速TiOsubgt;2/subgt;导带上的电子转移到CuO的价带上与空穴复合，提高了Z型Cu|CuO/TiOsubgt;2/subgt;复合膜光催化剂的降解和产氢效率。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及Z型Cu|CuO/TiO₂复合膜光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，全球能源危机和环境污染已经成为人类社会面临的两大挑战。一方面，由于经济的快速发展，人类对能源的需求愈发迫切，导致全球出现了“能源危机”。另一方面，环境污染(尤其是水污染)问题已经成为全球关注的焦点。水在人类生存和发展中是不可缺少的宝贵资源，然而，随着工业化的快速发展，各种污染物被排放到水中，给人类健康和环境带来无尽的危害。众所周知，在排放各种废水之前，可以使用诸如生物降解、物理吸附、声催化和光催化等技术对其进行处理。其中，光催化技术具有节能、清洁、无污染、矿化能力强的特点，因此被广泛应用于消毒、杀菌、自清洁、空气净化、废水处理等，成为处理污染物的最有希望的手段之一。

近年来，国内外一些学者尝试通过外加场改变目标降解物的环境，提高降解污染物的效率，如：磁场、电场以及微波场等。Wakasa等人最初发现了磁性超细TiO₂的光催化反应，他们将其解释为抑制了光生电子与半导体中空穴的复合。之后，将磁场引入光催化反应过程中，主要提高半导体中的电荷分离效率。例如，Gao等人研究了磁场对TiO₂纳米带光催化性能的作用。磁场引起的洛伦兹力将电子和空穴沿相反的方向分开，从而抑制了电子空穴的复合，并使更多的活性电子空穴转移到表面。结果，通过简单地将磁场结合到光催化体系中，提高了光催化效率。此外，Sang等人采用一步水热法设计并合成了纳米结构的CdS/MoS₂/Mo杂化光催化剂。在旋转磁场中，金属钼片与磁场的相对运动形成运动电动势。这种原位磁场衍生的微电势为进一步抑制CdS的光致电子和空穴复合提供了一个无线电场。结合MoS₂共催化剂的协同作用，CdS/MoS₂/Mo的光催化析氢性能显著增强。但是，上述涉及的光催化剂均为粉末光催化剂，对于传统的粉末光催化剂来说，常常存在一些缺点，例如，回收很麻烦，利用率不高等。除此之外，在磁力搅拌下，粉末光催化剂纳米粒子在溶液中通常是自由分散的状态，没有固定的方向进行翻转运动。由于外加磁场的磁感线的方向是固定的，一方面，磁场可能会促进粉末光催化剂电子和空穴的分离，提高电子和空穴的分离效率；另一方面，由于粉末光催化剂纳米粒子在溶液中进行无方向的翻转运动，当纳米粒子运动到相反方向时，磁场可能会抑制电子和空穴的分离，降低电子和空穴的分离效率。总的来说，如果没有固定光催化剂在溶液中的运动方向，磁场可能会促进部分粉末光催化剂的光生电子和空穴的分离，同时也会抑制部分的光生电子和空穴的分离，二者的作用可能会相互抵消。幸运的是，在金属片上构建的复合膜光催化剂恰好具备这些优点，干净方便并且可以回收重复利用。但是，目前外加磁场对Z型光催化剂在降解有机污染物同时产氢方面的研究还处于不断探索的发展阶段，因此，开发一种具有高效利用、结构新颖、方便回收、催化效率高等优点的光催化剂是十分必要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供Z型Cu|CuO/TiO₂复合膜光催化剂及其制备方法和应用。