[发明专利]一种具有光催化活性、自修复功能的超疏水自清洁表面及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超疏水自清洁表面及其制备方法，通过聚多巴胺沉积、L‑半胱氨酸接枝、L‑胱氨酸和氯化镉矿化自组装、水热硫化、原位还原纳米银以及基于银‑巯基自组装表面疏水化制备得到，具有光催化活性以及自修复功能，且表面聚多巴胺和银的存在使其具有紫外屏蔽、抗菌、导电和电磁屏蔽等性能。上述制备方法条件温和，且多巴胺可以在亲水或疏水的各种界面自聚合沉积，因此该工艺可转移到各种形状、材质的材料表面。对具有该超疏水自清洁表面的织物进行5次加强洗涤，仍保持超疏水性，且受损的超疏水性可通过加热、通电或近红外光处理来修复，可延伸至20次加强洗涤后仍保持超疏水性，通用的制备方法以及优异的性能使其具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化和疏水涂层领域，尤其涉及一种具有光催化活性、自修复功能的超疏水自清洁表面及其制备方法。

背景技术

超疏水表面一般是指水滴在其表面的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面，因其具有自清洁、防污、防雾、防冰、防腐等优异的表面防护性能，在很多领域得到广泛应用。表面疏水性能取决于其微纳复合阶层结构和表面能，通过增加表面的粗糙度和降低表面能可增加表面的疏水性。一般通过制备疏水涂层来降低表面能以及构筑层次结构来提升粗糙度，但由于疏水涂层和层次结构对基底材料的粘附力弱，在使用过程中，涂层容易脱落从而失去表面的超疏水性。

为提高超疏水表面的耐久性，增加涂层与基底之间的粘附力尤为关键，可通过表面化学接枝和自修复来提高超疏水的耐久性能。此外，由于目前大多超疏水表面仅能防止水系污染物的浸透，无法防止一些油脂和洗涤剂等的沾染，由于这些物质的作用会导致表面疏水性能的丧失，因此急需制备一种超疏水的自清洁表面，同时具有光催化活性可分解表面的油污和洗涤剂并修复表面的疏水性，但通常光催化活性会对基底材料和表面的疏水性能造成一定的损伤，这需要表面疏水组分具有较久的耐光老化性能。除此之外，多功能集成的表面也是有难度的，且功能性彼此之间是冲突的，尤其是分步去引入一些表面功能性，因此，制备一种性能优异的多功能超疏水自清洁表面是急需的但同时存在很大挑战。

发明内容

本发明的目的为提供了一种具有光催化活性、自修复功能的超疏水自清洁表面，具有紫外光和可见光光催化活性，可以分解表面沾染的油污和洗涤剂等，同时可在等离子体以及加速洗涤处理损伤后，经加热、通电和近红外光照射修复表面的超疏水性能，且表面耐久性优异。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下所述的技术方案：

本发明第一方面提供了一种超疏水自清洁表面的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)在基底表面沉积聚多巴胺；

(2)在聚多巴胺上接枝L-半胱氨酸；

(3)通过矿化自组装、水热硫化在基底表面原位生长硫化金属光催化剂；

(4)通过原位还原纳米银，制备得到银修饰的异质结光催化剂；

(5)表面疏水化处理，制备得到所述一种超疏水自清洁表面。

多巴胺在基底表面自组装形成聚多巴胺层，再接枝L-半胱氨酸，通过赋予基底类似L-胱氨酸性质的L-半胱氨酸，以提供活性位点来原位矿化自组装可见光催化剂。此外，由于聚多巴胺可通过共价键或非共价键形式与各种材料表面结合，表现出极强的粘附性，通过聚多巴胺连接基底和光催化剂，大大增加了基底表面光催化剂的耐久性。

原位矿化自组装在基底表面形成可见光催化剂，光催化活性效果较差，经过硫化处理后制备得到具有紫外和可见光光催化活性的异质结光催化剂，光催化活性得到大幅度提升。

通过聚多巴胺原位还原以及一些特定金属硫化物光催化还原获得银核，再利用强还原剂的作用还原银使银核进一步生长形成纳米银；由于银和巯基之间可以形成配位键，通过在基底表面银粒子上接枝巯基类疏水整理剂，以对表面进行疏水处理，形成具有光催化活性的超疏水表面。