[发明专利]一种多功能涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种多功能涂层及其制备方法与应用，该涂层包括均匀分散的纳米SnO₂和石墨烯，其中，石墨烯的占涂层总质量的0～30％，且不为0，制备时将石墨烯分散液和SnO₂分散液混合，得到混合液，然后通过喷涂装置将混合液喷涂至基底上，加热烘干，即得所述多功能涂层，该涂层可用于用于半导体光催化剂以处理空气污染或水污染；或者，所述多功能涂层用于应变传感器。与现有技术相比，本发明利用石墨烯对SnO₂的支撑分散作用，改善了SnO₂的光催化性能。同时利用石墨烯的电学性能，制备出兼具光催化性能和应变敏感性能的多功能涂层，拓宽了光催化半导体在治理环境污染的领域应用。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种多功能涂层及其制备方法与应用。

背景技术

当今社会，各类半导体光催化剂被广泛应用于各个领域，并引起了人们的高度关注。其中，如何利用半导体光催化剂对空气污染、水体污染等热点问题提出有效的解决方案，已然成为各位研究人员所密切关注的话题。

SnO₂半导体具有独特的电子结构，在外界紫外光的照射下，价带电子会吸收紫外光的能量进而受到激发。当价带电子吸收到足够的能量，便会跃迁至导带中形成光生电子。与此同时，在价带中会留下相应的空穴。光生电子空穴对具有极强的氧化性，可以把吸附在SnO₂纳米颗粒表面的污染物进行光降解。此外，当SnO₂半导体纳米颗粒处于纳米尺度上时，才会显现出良好的光催化性。然而在光催化过程中，SnO₂半导体纳米颗粒的团聚以及电子空穴对的复合现象会影响到SnO₂半导体纳米颗粒的光催化性能。这两个难题大大限制了SnO₂半导体纳米颗粒在光催化领域的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多功能涂层及其制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多功能涂层，该涂层包括均匀分散的纳米SnO₂和石墨烯，其中，石墨烯的占涂层总质量的0～30％，且不为0。

本发明是在SnO₂中加入石墨烯，是因为石墨烯良好的电学性能可以有效地在光催化过程中对光生电子进行转移，防止电子空穴对的复合。同时，石墨烯可以很好地支撑分散SnO₂纳米颗粒，抑制其团聚现象的出现，这两点都能有效改善SnO₂的光催化性能。同时，由于石墨烯具有优异的电化学稳定性，快速的电荷传递速率以及优异的机械性能，使得石墨烯可以作为制备各种传感器器件的理想材料。此外，适量的SnO₂的存在破坏了部分涂层内原本能够导通的导电通路，使得涂层在外界应力作用下，表现出更高的应变敏感性能。

所述纳米SnO₂的粒径为70～90nm。

一种如上所述多功能涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨烯纳米片或氧化石墨烯置于水中，超声配置成混合均匀的石墨烯分散液，待用；

(2)将纳米SnO₂粉末置于水中，超声得到均匀分散的SnO₂分散液，待用；

(3)将配置好的石墨烯分散液和SnO₂分散液混合，得到混合液，其中石墨烯纳米片或氧化石墨烯占总固含量的0～30％，且不为0，然后加入水合肼还原氧化石墨烯，得到SnO₂/rGO混合液，然后通过喷涂装置将混合液喷涂至基底上，加热烘干，即得所述多功能涂层。加入水合肼是为了还原氧化石墨烯，若原料使用的是石墨烯纳米片，则不需要添加水合肼，水合肼的添加量是刚好将氧化石墨烯还原完全。

述石墨烯纳米片或氧化石墨烯在水中超声1～2h得到浓度为1～3mg/mL的石墨烯分散液。