[发明专利]光催化结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种光催化结构，该光催化结构包括一基板、一光催化活性层、以及一金属层。所述基板、光催化活性层和金属层依次层叠设置。所述基板包括一基底以及多个设置于该基底上的图案化的凸起。所述图案化的凸起包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞。所述多个凸条的交叉处为一体结构。所述光催化活性层设置在图案化的凸起的表面。所述金属层包括多个纳米颗粒，所述纳米颗粒设置在光催化活性层远离所述基板的表面。

技术领域

本发明涉及光催化及光电催化技术领域。

背景技术

光催化技术是指光催化剂在能量大于其禁带宽度的入射光照射下，产生具有很强还原性和氧化性的光生电子-空穴对，这些电子-空穴对可以与光催化结构表面吸附的物质发生氧化还原反应。光催化的潜在应用主要分布在以下几个领域：光分解水产生氢气、人工光合作用、光氧化或分解有害物质、光电化学转化和光致超亲水性等。二氧化钛作为一种光催化结构具有耐酸性好，对生物无毒且具有较大的资源储量等优点，因此成为研究最为广泛的光催化结构。但是由于二氧化钛的禁带宽度较大，基本上只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光中的4％左右，太阳光中占较大比例的可见光不能够利用。而且现有技术中，二氧化钛对紫外光的吸收能力也有限的，对紫外光的利用也不能达到100％。因此人们致力于对二氧化钛进行改性，以期提高二氧化钛对太阳光的利用率。

光电催化是指将光催化结构固定在导电的金属上，同时，将固定后的光催化结构作为工作电极，采用外加恒电流或恒电位的方法迫使光致电子向对电极方向移动，因而与光致空穴发生分离。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够提高太阳光利用率的光催化结构。

一种光催化结构，该光催化结构包括一基板、一光催化活性层、以及一金属层；所述基板、光催化活性层和金属层依次层叠设置；所述基板包括一基底以及多个设置于该基底上的图案化的凸起；所述图案化的凸起包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞；所述多个凸条的交叉处为一体结构；所述光催化活性层设置在图案化的凸起的表面；所述金属层包括多个纳米颗粒，所述纳米颗粒设置在光催化活性层远离所述基板的表面。

一种光催化结构的制备方法，包括以下步骤，提供一基板；提供一具有多个微孔的碳纳米管复合结构，该碳纳米管复合结构包括一碳纳米管结构以及一包覆于该碳纳米管结构表面的保护层，且该碳纳米管结构包括多个交叉设置的碳纳米管；将所述碳纳米管复合结构设置于所述基板的一表面，从而使得所述基板的表面部分暴露；以该碳纳米管复合结构为掩模干法刻蚀所述基板，从而得到一具有图案化的凸起的基板，且该图案化的凸起包括多个交叉设置的凸条；在所述图案化的凸起的表面沉积一光催化活性层；在所述光催化活性层远离所述基板的表面沉积一金属预制层；对上述金属预制层进行退火处理。

相较于现有技术，本发明提供的光催化结构及其制备方法具有以下优点：第一，光催化活性层设置在图案化的凸起的表面，而图案化的凸起包括多个凸条交叉设置形成网状结构，图案化的凸起可以增加比表面积，提高对反应物的吸附能力；第二，基于表面等离激元的金属纳米颗粒设置于所述光催化活性层的表面，在外界入射光电磁场的激发下，金属表面等离子体发生共振吸收，一方面由局域表面等离激元共振效应激发的电子处于激发态，能够通过弛豫过程越到二氧化钛导带上；另一方面通过能量或者电荷载流子的转移，表面等离激元共振还能通过抑制电子空穴对的复合率激发更多的自由电子，提升二氧化钛导带中的电子数量，从而提高对可见光的吸收和利用率；第三，通过调节碳纳米管膜的层数和交叉方式可以控制基板的图案化结构，进而可以控制二氧化钛与金属的复合结构，从而控制对特定波段可见光达到最大吸收。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的光催化结构的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的光催化结构沿Ⅱ-Ⅱ方向的剖视图。

图3为本发明第一实施例提供的光催化结构的制备方法流程图。