[发明专利]一种光催化自清洁涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种光催化自清洁涂料及其制备方法和应用，由光催化材料、纳米SiO₂成膜材料、镀膜调节剂和溶剂组成，其特征在于由光催化材料、纳米SiO₂成膜材料、镀膜调节剂和溶剂组成，涂布形成的膜层具有光催化自清洁、减反射增透和表面增硬功能；涂料中各组分的质量分数为：光催化材料0.2%‑2%，纳米SiO₂成膜材料3%‑8%，镀膜调节剂0.01%‑0.2%，溶剂90%‑95%；所述的光催化材料是碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g‑C₃N₄的复合材料，由碳氮磷掺杂纳米TiO₂凝胶、尿素、三聚氰胺和磷酸的混合物聚合、活化和在乙醇溶剂中超声剥离形成；所述的纳米SiO₂成膜材料是甲基硅树脂和正硅酸乙酯的酸性水溶胶。本发明的光催化自清洁涂料能够防止太阳能电池玻璃表面污染，提高透光率和表面硬度。

技术领域

本发明涉及一种光催化自清洁涂料及其制备方法和应用，特别是纳米SiO₂为成膜组分，碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄为光催化材料组分的光催化自清洁涂料及其制备方法和应用，属于光催化材料和环境功能材料领域。

背景技术

能源和环境问题是当前人类社会面临的重大问题，光催化技术可以利用太阳能同时解决能源和环境二大难题，具有其它技术无法比拟的优势。研究开发和应用推广性能优异、绿色友好、廉价稳定的高效光催化剂材料具有重要意义。

纳米TiO₂在现有的光催化材料中光催化活性最高，而且具有化学性质稳定和廉价低毒等优势，但纳米TiO₂光催化材料也存在光催化量子效率低，光谱响应范围窄，易团聚，易失活等不足。因为太阳光谱中可见光占45%，而紫外光仅占 3%-5%，科研人员力图通过掺杂改性等方式，缩小纳米TiO₂半导体的带隙宽度，扩展纳米TiO₂光催化材料的光谱响应范围，使其在可见光范围内也能够发挥光催化作用。高活性可见光催化材料研究开发已成为科技人员广泛关注的重大科学和工程技术问题。研究发现非金属元素C、N、P 、S、F或其混合物掺杂纳米TiO₂不仅能够使纳米TiO₂的光吸收范围扩展到可见光区，而且能够增强其在紫外光区的光催化效率。纳米TiO₂与纳米SiO₂、纳米碳点、纳米石墨烯或石墨相氮化碳(g-C₃N₄)半导体材料复合，能够产生光催化协同效应，成倍提升纳米TiO₂的光催化性能。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种新型非金属聚合物半导体材料，其带隙宽度为2.7eV，具有与石墨类似的层状结构，在溶剂中和超声波作用下能够剥离形成少层的g-C₃N₄，具有良好的化学稳定性和热稳定性，是一种很有发展潜力的可见光催化材料。

g-C₃N₄的光催化作用原理与纳米TiO₂光催化作用原理类似，在光照条件下，光生载流子能够与氧结合生成多种活性氧物种， 包括超氧自由基(·O₂^- )和羟基自由基(·OH)等， 能够快速氧化分解固体表面、水体和大气中的有机污染物，使其快速分解为二氧化碳和水及其它无害的小分子化合物。