部需要暴露在目標(biāo)催化物Μ中。
[0081]本實(shí)例中，考慮到透光性和沉積生長光催化層的穩(wěn)定性，一般選取非柔性的透明基底，例如ΙΤ0玻璃或者FT0玻璃。需要特別指出的是由于玻璃層的存在，第一部件的第一導(dǎo)電層與目標(biāo)催化物是完全隔離的，因此光照產(chǎn)生的光生載流子無法通過第一導(dǎo)電層與目標(biāo)催化物接觸從而反生反應(yīng)。
[0082]本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層可以通過外部導(dǎo)線連接，導(dǎo)線的材料可選自常用的銅、銀、鐵等材料。在實(shí)際應(yīng)用過程中，該導(dǎo)線可以與電流表、電壓表或者其他電信號(hào)檢測(cè)裝置或收集裝置直接連接。
[0083]在研究過程中，本實(shí)施例提供的同一個(gè)光催化器件在不同工作狀態(tài)下進(jìn)行了光催化效率的比較，目標(biāo)催化物為甲基橙溶液，光催化層為二氧化鈦，圖7為檢測(cè)結(jié)果，從圖中可以看出，沒有摩擦的情況下光催化5小時(shí)后甲基橙降解率只有10%，而有摩擦的情況下降解率可以達(dá)到70%，光催化效率提高了 7倍。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，同時(shí)進(jìn)行了幾種不同條件的測(cè)試。首先，測(cè)試了在沒有光照下只有第一部件與第二部件互相摩擦的情況下的降解情況，結(jié)果表明幾乎沒有發(fā)生降解，說明采用本實(shí)施例的光催化器件，光降解效率的提高來自摩擦電產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)光生載流子的分離作用，而不是摩擦電荷本身參與了降解反應(yīng)。其次，測(cè)試了光催化層與摩擦層沒有緊密接觸的情況，降解率也只有不到20%，說明光催化效率的提升也不是來自摩擦運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的溶液擾動(dòng)。最后，為了證明外部導(dǎo)線的存在可以使得光催化層上產(chǎn)生的光生空穴轉(zhuǎn)移到第二導(dǎo)電層上與溶液反生反應(yīng)，測(cè)試了沒有導(dǎo)線連接第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的情況，結(jié)果是光降解率只有30%左右，遠(yuǎn)低于有導(dǎo)線連接的情況，說明外部導(dǎo)線的存在確實(shí)促進(jìn)了光催化效率的提高。此結(jié)果也表明，第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間可以進(jìn)行電連接，也可以不進(jìn)行連接，優(yōu)選進(jìn)行連接。
[0084]需要說明的是，本實(shí)施例中采用第一部件與第二部件互相滑動(dòng)摩擦的方式利用機(jī)械能為光催化層提供摩擦電場(chǎng)，在其他實(shí)施例中，還可以采用第一部件與第二部件接觸分離的方式產(chǎn)生摩擦電場(chǎng)，因此在第一部件的光催化層與第二部件的摩擦層接觸后分離，同樣可以造成表面累積的正負(fù)電荷分離產(chǎn)生摩擦電場(chǎng)，使光催化層中由光照產(chǎn)生的電子和空穴分別往電勢(shì)不同的方向移動(dòng)，從而增強(qiáng)光催化效率。
[0085]實(shí)施例三:
[0086]本發(fā)明還提供一種自供電場(chǎng)增強(qiáng)催化效率的光催化方法，利用實(shí)施例一或者實(shí)施例二中的光催化器件，包括下列步驟:
[0087]將光催化器件置于目標(biāo)催化物中；
[0088]光線照射在第一部件的光催化層；第一部件的光催化層與第二部件的摩擦層互相滑動(dòng)摩擦使接觸面積發(fā)生變化，或者互相接觸分離，為所述光催化層提供電場(chǎng)。
[0089]其中，將光催化器件置于目標(biāo)催化物中，對(duì)于實(shí)施例一的光催化器件，優(yōu)選為將第一導(dǎo)電層暴露在目標(biāo)催化物中；對(duì)于實(shí)施例二的光催化器件，優(yōu)選為將第二導(dǎo)電層暴露在目標(biāo)催化物中，第一導(dǎo)電層與目標(biāo)催化物隔離。
[0090]在本發(fā)明提供的這種新型工作模式中，由機(jī)械能產(chǎn)生的非連續(xù)不穩(wěn)定電輸出不再用于直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載器件工作，而是作為提高光催化反應(yīng)中對(duì)太陽能轉(zhuǎn)化效率的輔助提高手段。由于機(jī)械能在自然界和人類生活中廣泛存在隨處可得，因此通過這種模式可以大大提高對(duì)太陽能的利用效率。
[0091]上述實(shí)施例中實(shí)施的光催化器件和光催化方法是本發(fā)明在具體實(shí)施過程中的示例，本發(fā)明的主旨在于將上述摩擦發(fā)電產(chǎn)生的電場(chǎng)作用在光催化層，以提高光催化效率的技術(shù)效果。因此，上述實(shí)施例并不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上不付出創(chuàng)造性勞實(shí)現(xiàn)的發(fā)電單元和光催化單元的整合結(jié)構(gòu)并達(dá)到同時(shí)充放電的效果的技術(shù)方案，均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自供電場(chǎng)增強(qiáng)催化效率的光催化器件，其特征在于，包括第一部件和第二部件，其中， 第一部件包括緊密結(jié)合的光催化層和第一導(dǎo)電層，第二部件包括摩擦層，所述摩擦層與所述光催化層的材料具有不同的摩擦電極序； 第一部件相對(duì)于第二部件滑動(dòng)時(shí)，光催化層101與摩擦層103表面互相滑動(dòng)并且接觸面積發(fā)生變化；或者，所述第一部件與第二部件接觸分離使所述光催化層與摩擦層接觸后分離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化器件，其特征在于，所述第二部件還包括第二導(dǎo)電層，所述摩擦層固定設(shè)置在所述第二導(dǎo)電層上，所述第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層電連接或不連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化器件，其特征在于，所述摩擦層和第二導(dǎo)電層為透光材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層的部分或者全部表面暴露在目標(biāo)?隹化物中。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光催化器件，其特征在于， 所述第二導(dǎo)電層的部分或者全部表面暴露在目標(biāo)催化物中； 所述第一部件還包括基底，所述第一導(dǎo)電層設(shè)置在所述基底上；所述第一導(dǎo)電層通過所述基底與所述目標(biāo)催化物隔離開。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化層的材料為具有光催化性質(zhì)的半導(dǎo)體材料；所述摩擦層材料為絕緣體材料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光催化器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料為下列材料的一種或者幾種:娃、鍺；第II和第VI族化合物；以及鈦、錳、鉻、鐵、銅、鋅的氧化物；齒化銀、BiV03 和 SrTi03 ； 所述絕緣體為下列材料的一種或者幾種:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、人造纖維、棉及其織物、木頭、硬橡膠、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性體、聚氨酯柔性海綿、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT和派瑞林AF4。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，光催化層與摩擦層為相同的圖形化結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化層與摩擦層均被分成多個(gè)中心角相等的扇區(qū)，所有扇區(qū)的頂點(diǎn)重合，并且，任意兩個(gè)光催化層材料扇區(qū)之間間隔一個(gè)鏤空扇區(qū)，任意兩個(gè)摩擦層材料扇區(qū)之間間隔一個(gè)鏤空扇區(qū)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化層與摩擦層均被分成2、3、4、5或8個(gè)中心角相等的扇區(qū)。11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化層為薄膜材料，厚度優(yōu)選在1 μ m?10 μ m之間。12.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述摩擦層和/或光催化層的表面分布有微米或次微米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)陣列。13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述摩擦層和光催化層的形狀相匹配，使二者在相互滑動(dòng)時(shí)能夠達(dá)到完全重合。14.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化層和/或摩擦層為硬質(zhì)材料或者柔性材料。15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的光催化器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層為透光材料。16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的光催化器件,其特征在于,所述第一導(dǎo)電層材料通過沉積的方式在所述光催化層的表面成膜； 或者，所述光催化層通過在所述第一導(dǎo)電層材料上生長獲得。17.—種自供電場(chǎng)增強(qiáng)催化效率的光催化方法,其特征在于,米用權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)所述的光催化器件，包括下列步驟: 將所述光催化器件置于目標(biāo)催化物中； 光線照射在第一部件的光催化層；第一部件的光催化層與第二部件的摩擦層互相滑動(dòng)摩擦使接觸面積發(fā)生變化，或者互相接觸分離，為所述光催化層提供電場(chǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自供電場(chǎng)增強(qiáng)催化效率的光催化器件，以及應(yīng)用該器件的光催化方法。所述光催化器件包括第一部件和第二部件，其中，第一部件包括緊密結(jié)合的光催化層和第一導(dǎo)電層，第二部件包括摩擦層；第一部件相對(duì)于第二部件滑動(dòng)時(shí)，光催化層與摩擦層表面互相滑動(dòng)并且接觸面積發(fā)生變化；或者，所述第一部件與第二部件接觸分離使所述光催化層與摩擦層接觸后分離。由于所述摩擦層與所述光催化層的材料具有不同的摩擦電極序，在光催化層上產(chǎn)生摩擦電場(chǎng)，使光催化層中由光照產(chǎn)生的電子和空穴分別往電勢(shì)不同的方向移動(dòng)，不需要引入外部電場(chǎng)即可增強(qiáng)光催化效率。
【IPC分類】B01J8/02, B01J19/00
【公開號(hào)】CN105289439
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410364267
【發(fā)明人】王中林, 劉暢, 王思泓
【申請(qǐng)人】北京納米能源與系統(tǒng)研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2014年7月28日