復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑，屬于納米催化材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量變得越來越高。與此同時(shí)，也在大范圍的破壞著周圍的環(huán)境。能源與環(huán)境問題是當(dāng)今世界的兩大主要問題。太陽能的大規(guī)模應(yīng)用是解決能源與環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。具有催化活性的半導(dǎo)體在光照下可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的降解，因此光催化被廣泛的應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)之中。目前，1102是光催化過程中最受歡迎的半導(dǎo)體。
[0003]雖然如此，仍有諸多因素制約著1102催化劑催化效率的提高，以下幾個(gè)方面的因素是比較關(guān)鍵的:①1102是寬禁帶半導(dǎo)體，其吸收光譜位于紫外光波段，對可見光吸收較弱。而在太陽光中，紫外光僅占4%，太陽光譜中占43%的可見光沒有被利用。②在1102催化劑中光生電子、空穴不能有效傳輸且在傳輸過程中容易復(fù)合。上述因素與材料、催化劑結(jié)構(gòu)及制備技術(shù)有密切聯(lián)系。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種&120/013順3?1313/1102復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑，該催化劑采用無機(jī)/有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，能夠大幅度提高光催化劑的降解效率。
[0005]為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]—種Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑，包括碳纖維襯底層、T1 2納米薄膜層、一維T12納米結(jié)構(gòu)層、光活性材料層以及Cu2O薄膜層，其中，碳纖維襯底層、T12納米薄膜層、一維1102納米結(jié)構(gòu)層以及Cu 20薄膜層依次由內(nèi)向外設(shè)置，所述光活性材料層填充于一維1102納米結(jié)構(gòu)層內(nèi)。
[0007]優(yōu)選的，所述一維T12納米結(jié)構(gòu)層中的所有一維T12納米結(jié)構(gòu)垂直于碳纖維呈發(fā)散狀排布。一維1102納米結(jié)構(gòu)呈發(fā)散狀排布有助于增加比表面積，使其更好地與光活性材料層配合，更好地提高催化效率。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述一維T12納米結(jié)構(gòu)為N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體Cu 20與N型半導(dǎo)體打02能夠形成異質(zhì)結(jié)，能夠有效促進(jìn)光生電子-空穴的分離，進(jìn)而可以有效提高催化效率。
[0009]優(yōu)選的，所述光活性層的物質(zhì)為CH3NH3PbI313有機(jī)分子CH3NH3PbI3沿一維T1 2納米結(jié)構(gòu)表面的排布也能提高空穴的傳輸效率，并能夠減小電子和空穴在傳輸過程中的復(fù)合。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光活性層的厚度為2?3 μ m。該厚度能保證光活性層全部填入到一維T12納米結(jié)構(gòu)層。
[0011]優(yōu)選的，所述Cu2O薄膜層中的Cu2O薄膜為P型半導(dǎo)體材料。P型半導(dǎo)體材料具有良好的穩(wěn)定性，且能形成Pn結(jié)，這有助于提高電子-空穴對的分離效率。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述Cu2O薄膜層的厚度為I?2 μ m。該厚度能夠保證填平1102納米薄膜層，并能有效的保護(hù)光活性層。
[0013]優(yōu)選的，所述T12納米薄膜層的厚度為3?4 μπι。該厚度能夠保證一維T1 2納米結(jié)構(gòu)層垂直生長，同時(shí)能夠使光活性層有效填入。
[0014]—種Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0015](I)將碳纖維在T12溶膠中浸潤，制備T1 2納米薄膜層，并將制備的T1 2納米薄膜層進(jìn)行退火處理；
[0016](2)在步驟(I)制備的1102納米薄膜層上制備一維T1 2納米結(jié)構(gòu)層；
[0017](3)在步驟⑵制備的一維T12納米結(jié)構(gòu)層內(nèi)制備光活性材料層；
[0018](4)在步驟(3)所制備的光活性材料CH3NH3PbIJl上制備Cu2O薄膜層:首先將步驟
(3)制得的結(jié)構(gòu)在乙酸銅的乙醇溶液中浸潤，然后在氫氧化鈉的乙醇溶液中浸潤，待變?yōu)辄S綠色，得Cu2O薄膜層。
[0019]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述T12溶膠中鈦酸四丁酯與無水乙醇的體積比為1:25?I:30o在該濃度下的T12溶膠制備的1102納米薄膜層的厚度適中，正好可以保證一維T12納米結(jié)構(gòu)層垂直生長，同時(shí)能夠使光活性層有效填入一維T12納米結(jié)構(gòu)層。
[0020]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述退火的溫度為400°C?700°C，退火的時(shí)間為30?60分鐘。該條件下T12能夠獲得更好的晶體結(jié)構(gòu)。
[0021]優(yōu)選的，步驟(2)中，所述一維T12納米結(jié)構(gòu)層的制備方法為水熱法。該方法簡單易行、成本低廉。
[0022]優(yōu)選的，步驟⑶中，光活性材料層為CH3NH3PbI3層。CH 3NH3PbI3沿一維T1 2納米結(jié)構(gòu)表面的排布也能提高空穴的傳輸效率，并能夠減小電子和空穴在傳輸過程中的復(fù)合。
[0023]進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(3)中，所述CH3NH3PbI3層采用先旋涂后浸潤的制備方法。
[0024]優(yōu)選的，步驟(4)中，乙酸銅的乙醇溶液的濃度為0.01-0.02g/mlo
[0025]優(yōu)選的，步驟⑷中，氫氧化鈉的乙醇溶液的濃度為0.01-0.02g/ml。
[0026]所述&120/013見13?1313/1102復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑在降解水中有機(jī)污染物中的應(yīng)用。
[0027]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0028]1、一維1102納米結(jié)構(gòu)可以提高電子的輸運(yùn)能力，同時(shí)有機(jī)分子CH3NH3PbI3沿一維T12納米結(jié)構(gòu)表面的排布也能提高空穴的傳輸效率，并能夠減小電子和空穴在傳輸過程中的復(fù)合；
[0029]2、光活性材料層可以實(shí)現(xiàn)寬光譜吸收，因而可以提高可見光的利用率，提高催化效率；
[0030]3、無機(jī)材料P型半導(dǎo)體Cu2O薄膜具有良好的穩(wěn)定性，本實(shí)用新型中的催化劑的結(jié)構(gòu)為無機(jī)/有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠延長光催化劑的壽命；
[0031 ] 4、P型半導(dǎo)體Cu2O與N型半導(dǎo)體T12能夠形成異質(zhì)結(jié)，能夠有效促進(jìn)光生電子-空穴的分離，進(jìn)而可以有效提高催化效率；
[0032]5、碳纖維作為襯底，可以有效提高催化劑的強(qiáng)度，提高催化劑的使用壽命。
【附圖說明】
[0033]圖1為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】中Cu20/CH3NH3PbI3/Ti0^合結(jié)構(gòu)光催化劑的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本實(shí)用新型的催化劑降解羅丹明B實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)圖。
[0035]其中，1、碳纖維襯底層，2、T12納米薄膜層，3、一維T12納米結(jié)構(gòu)層，4、光活性材料層，5、Cu2O薄膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0036]由圖1可知，本實(shí)用新型的Cu20/CH3NH3PbI3/Ti02復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑采用無機(jī)/有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑包括碳纖維襯底層1，T12納米薄膜層2，一維T1