CN112619633B - 一种复合光电催化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电催化技术领域，具体的说是一种复合光电催化材料及其制备方法，包括基层、电催化层与光催化层；所述基层的两侧均设置有电催化层与光催化层；所述电催化层与光催化层在基层的表面均呈圆环形分布；所述电催化层与光催化层在基层的表面交替分布、相互嵌套，形成同心环结构；所述基层表面任意相邻的电催化层与光催化层的面积相等；本发明利用电催化析氧副反应产物俘获光生电子，降低光生电子和空穴的复合几率，利用协同效应提高电催化与光催化效率，同时，制备难度与制备成本低，制成的电极使用寿命较长。

Description

一种复合光电催化材料及其制备方法

技术领域

本发明属于光电催化技术领域，具体的说是一种复合光电催化材料及其制备方法。

背景技术

以半导体氧化物为催化剂的多相光催化是一种理想的环境污染治理技术。大量的研究结果证实，该技术能在常温常压条件下无选择性地将难降解和有毒有机染料完全降解为CO2和H2O，将无机污染物氧化或还原为无害物质，成为近年来国际上最为活跃的研究领域之一。多相光催化技术的基本原理为：当半导体光催化剂(如TiO2等)受到能量大于禁带宽度的光照射时，其价带上的电子(e-)受到激发，跃过禁带进入导带，在价带留下带正电的空穴(h+)。光生空穴具有强氧化性，光生电子具有强还原性，可直接氧化和还原吸附在表面上的污染物，或与吸附在催化剂表面上的O2、OH－和H2O发生反应，生成具有高度化学活性的羟基自由基(·OH)及H2O2，进而将有机污染物降解。

异相光催化技术是非常有潜力的环境污染治理技术，但大规模工业化应用极少，最主要的问题就在于缺少经济、高效的污水光催化处理装置。而更深层次的原因则在于光催化技术还存在悬而未决的科学问题，包括：如何高效地抑制光生电子-空穴的复合，从而提高光量子效率；如何实现光催化材料低成本规模化制备技术。技术创新要以应用为导向，才能发挥出技术的真正价值。只有抑制电子与空穴的复合，才能提高光催化效率。世界各国都投入了大量的人力和物力对此展开了深入的研究，并产生了许多值得借鉴的优秀研究成果。例如，通过适当增加催化剂晶体缺陷、适量金属离子掺杂、贵金属表面沉积、两种或多种半导体的耦合等手段均能使催化剂自身形成有效的电荷载体陷阱，使电子和空穴的分离寿命延长几分之一纳秒。电子俘获剂的使用能够将电子和空穴彻底分离，是进一步有效抑制电子和空穴复合的手段。光致电子的俘获剂是溶解氧，因为氧在水中的溶解度较低，需要外部供氧。研究人员比较几种供氧方式对溶解氧浓度的影响。结果表明，向污水中直接吹入氧气的方式，污水中溶解氧浓度可达到25～40mg/L；而直接吹入空气的方式，污水中溶解氧的浓度仅能达到8.0～8.5mg/L，且继续吹入空气无法继续提高污水中溶解氧浓度。

保持高浓度的溶解氧是促进传质效率，是实现污染物快速、高效降解的关键技术。印染废水排放量巨大，供氧远不如在实验室里那么容易操作。直接吹入空气供氧方式成本低，但低浓度的溶解氧不利于污染物的快速降解。采用纯氧增氧方法虽然具有增氧速度快、效率高的特点，但如果氧气气泡过大，在水中不能完全溶解，就会造成浪费而增加成本。传统的曝气方式很难克服气泡过大问题，适合于空气增氧方法，但不适合作为纯氧增氧的方式。

电催化高级氧化技术也是一种非常有前景的高浓度、有毒、难降解有机废水处理技术。近年来受到广大环保工作者的关注，得到快速发展。电催化氧化过程主要指阳极过程，通过选用具有电催化活性的电极材料，可以使目标反应物直接在电极表面失去电子而被氧化，也可以是通过阳极过程产生具有强氧化性的羟基自由基，使目标物被氧化，最终达到氧化降解污染物的目的。优点是不需要外加任何试剂，对各类有机废水的处理能力强(即适应性好)，理论上非常适合于排水量大行业使用。缺点是阳极存在析氧副反应，阴极存在析氢副反应，导致电流效率低下。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，利用电催化析氧副反应产物俘获光生电子，降低光生电子和空穴的复合几率，利用协同效应提高电催化与光催化效率，同时，降低制备难度与制备成本，本发明提出一种复合光电催化材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述一种复合光电催化材料，所述复合光电催化材料包括基层、电催化层与光催化层；所述基层的两侧均设置有电催化层与光催化层；所述电催化层与光催化层在基层的表面均呈圆环形分布；所述电催化层与光催化层在基层的表面交替分布、相互嵌套，形成同心环结构；所述基层表面任意相邻的电催化层与光催化层的面积相等；

所述基层由钛合金材料制成，且钛合金为石墨烯-钛金属复合得到；所述电催化层为铂族金属制成；所述电催化层通过将基层金属作为阴极，进行电镀得到；所述光催化层为二氧化钛制成；所述光催化层通过将基层金属作为阳极，进行阳极氧化得到；所述电催化层与光催化层的厚度相等；所述电催化层的厚度为0.5-1μm；所述基层上被光催化层覆盖的部分上均匀设置有微孔；所述微孔贯通基层的两侧面；

工作时，使用石墨烯-钛金属复合得到制成基层的钛合金材料，通过石墨烯对钛合金的导电、导热性能进行增强，提升使用复合光电材料制成催化电极对污染物进行光电复合催化分解时，减少电极通入电流后由材料电阻导致的电流损耗以及电极发热，同时，在使用过程中，通过铂族金属制得的电催化层，催化污染物分解并产生吸氧副反应，产生氧气，从而提升污染物液体中的含氧量，使光催化剂在接受光照后表面产生的光生电子-空穴对中的光生电子能够迅速的与液体内的氧气结合，使氧气俘获光生电子，抑制光生电子-空穴对的复合，有效的提高光催化效率，同时，由于在基层表面的电催化层与光催化层呈同心圆环结构，使用复合光电催化材料制成的催化电极在使用过程中保证电催化层产生的氧气能够轻易的到达并接触到光催化剂表面，从而俘获光生电子，提升光催化效率，进而提升电极整体的催化分解效率，避免在基层上电催化层与光催化层之间的距离相对较远，造成电催化层产生的氧气不能顺利到达光催化层处并俘获光生电子，影响到光催化效率。

所述基层的表面上设置有呈同心圆形分布的楔形坡面；所述基层的两侧面上均设置有楔形坡面；所述光催化层位于楔形坡面上的倾斜面上；所述电催化层位于楔形坡面上的竖直面上；

工作时，通过在基层表面上设置呈同心圆形分布的楔形坡面，能够在使用复合光电材料制成的电极占据的体积一定时，扩大电极的表面积，从而增加电极表面电催化层与光催化层的面积，从而提升制成的电极对污染物的催化分解效率，同时，通过将光催化层设置在倾斜面上，能够降低在电极使用过程中进行光照的难度，轻易提升照射到光催化层表面的光照强度，提升光催化效率，同时，在使用过程中，通过将电催化层设置在竖直面上，能够缩短电催化层与光催化层之间的距离，同时，保证在使用过程中电催化层不会对光催化层产生遮挡，影响光催化效率，同时，在使用过程中，电催化层在催化分解过程中产生的氧气在脱离电催化层后，氧气微泡或氧分子受到脱离时的作用力影响，出现移动，当氧气微泡或氧分子脱离时的轨迹不是垂直于电催化层表面，则脱离后的氧气微泡或氧分子在运动一段时间后即会与光催化层接触，提升电催化层接触到光催化层的可能性，提升光催化效率，同时，在基层表面设置楔形坡面，能够有效的降低得到的复合光电催化材料制成的电极的体积，降低电极的重量。

优选的，所述制备方法适用于上述权利要求所述的复合光电催化材料；所述制备方法包括以下步骤：

S1：将基层材料放置到清洗桶中并向桶中加入适量的清洁剂、3％氢氟酸水溶液以及热水，之后，将清洗桶封闭并将超声波发生器的变幅杆插入到清洗桶内的液体内，对基层材料进行超声波清洗，清洗时间为10-15min，清洗完成后，打开清洗桶，将基层材料取出并使用清水进行清洗，去除表面残留的清洁剂和氢氟酸；

S2：对基层材料进行切削处理，在基层表面形成呈同心圆形分布的楔形坡面，完成切削处理后，使用激光打孔机，在基层上的楔形坡面上的倾斜面上进行打孔，得到均匀分布的微孔，处理完成后再次对基层使用清水进行清洗，去除基层表面残留的切屑；

S3：在基层表面上的楔形坡面上的竖直面上涂布一层绝缘防水胶，之后，将基层放入到电解液中进行反应，其中，基层作为阳极，表面为覆盖绝缘防水胶的部分发生阳极氧化反应，生成二氧化钛纳米管，即光催化层；所述电解液为含有3wt％的NH₄F和2vol％水的乙二醇溶液；所述阳极氧化反应时间为4.5-5.2h；所述基层在进行阳极氧化反应时的电压为58-62V；

S4：将制得的覆盖有光催化层的基层放置到热处理炉中，对其进行热处理；所述热处理温度为380℃-420℃，处理时间为12-20min；

S5：在经过热处理的基层上的楔形坡面上的倾斜面上涂布一层绝缘防水胶，之后，将基层放入到含有铂族金属离子的电镀液中进行电镀处理，使基层表面存在铂族金属镀层，即电催化层，处理完成后使用清水对基层进行清洗，去除表面残留的电镀液；所述电镀处理时间为35-55min；

S6：在S5步骤的基础上，对基层进行加热，通过升温使基层表面的绝缘防水胶汽化去除；所述基层加热温度为150-180℃，加热时间为3-5min；

工作时，在对基层材料进行表面处理后，去除基层材料表面的杂质后，依次使用阳极氧化和电镀的方式，在基层的表面上制备得到光催化层与电催化层，降低制备难度，同时，在制备过程中，对阳极氧化后覆盖有光催化层的基层进行热处理，能够促进光催化层中的二氧化钛纳米管的形态进行转变，使光催化层中的二氧化钛纳米管转变为锐钛矿型与金红石型的混相状态，通过锐钛矿型与金红石型之间存在的0.2eV的带宽差，在两种形态之间形成异相结，促进光照时产生的光生电子的传输与分离，从而提高光催化效率。

优选的，所述S2步骤中，完成对基层的切削以及打孔后，使用喷丸机对基层进行进一步的表面处理；所述基层进行喷丸处理时间为20-25min；所述喷丸处理过程中喷丸机喷出的丸粒的平均目数大于等于400目；

工作时，在对基层进行切削与打孔后，通过喷丸机对基层进行表面处理，消除切削和打孔引起的基层内应力，避免在内部应力作用下基层出现裂纹，导致后续使用过程中制得的电极从裂纹处加速损坏，缩短电极使用寿命，同时，通过喷丸机的作用，将切削和打孔过程中可能产生的毛刺去除，避免在后续的阳极氧化或电镀过程中引起制备的电催化层和光催化层出现缺陷，或者导致电镀得到的电催化层附着不牢固，在使用过程中出现镀层脱落，缩短电极使用寿命，同时，通过使用较大目数的丸粒进行喷丸处理，提高基层表面粗糙度，从而提升基层经过阳极氧化以及电镀制成的电催化层和光催化层与基层的结合强度，避免在使用过程中电催化层和光催化层因为结合强度不佳，出现破损或脱落，导致电机使用寿命缩短。

优选的，所述S3步骤中，光催化层时采用多次阳极氧化的方式制备得到；所述制备过程中任意两次阳极氧化反应花费的时间均相等；所述多次阳极氧化的总时间为4.5-5.2h；

工作时，在总反应时间不变的情况下，对基层进行多次阳极氧化处理，改善制备得到的光催化层中的二氧化钛纳米形态，使二氧化钛纳米管的阵列更加规整、孔径更为均匀，从而提升光催化层的催化效果与催化效率。

优选的，所述S4步骤中在保护性气氛下对基层进行热处理；所述保护气体采用氮气、氦气或氩气中的任一种；所述热处理完成后，停止加热保持热处理炉中的保护性气氛，使基层自然降温至室温；

工作时，在对基层进行热处理时，通过使用保护性气体对基层进行保护，避免基层在热处理时的高温状态下与环境中的杂质气体产生反应，影响到基层表面状态，同时，避免热处理时基层所处环境中的杂质气体与基层剧烈反应，导致基层消耗过大，产生损伤，影响到后续制成的电极的使用寿命。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述一种复合光电催化材料及其制备方法，制备的复合光电催化材料制备方法简单，成本低，同时，在使用过程中，能够使电催化反应与光催化反应产生协同效果，时电催化的析氧副反应产生能够俘获光催化反应过程中产生的光生电子，提升电流效率，阻止光生电子-空穴对复合，从而同时提升光催化反应与电催化反应的效率。

2.本发明所述一种复合光电催化材料及其制备方法，通过在基层的表面开设楔形坡面并将电催化层与光催化层设置在楔形坡面上，能够有效的提升制成的电极的表面积，增加反应面积，提升电催化与光催化反应的效率，同时，在通过切削形成楔形坡面后，对基层进行喷丸处理，消除基层内部应力与基层表面可能存在的毛刺，保证后续的电催化层与光催化层的质量，提升制成的电极的使用寿命，同时，通过喷丸，增加基层表面粗糙度，提升电催化层与光催化层在基层上的结合强度，避免使用时电催化层与光催化层出现破损、脱落的问题，缩短电极使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的复合光电催化材料的局部结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明的方法流程图；

图中：基层1、微孔2、光催化层3、电催化层4、倾斜面5、竖直面6。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图3所示，本发明所述一种复合光电催化材料，所述复合光电催化材料包括基层1、电催化层4与光催化层3；所述基层1的两侧均设置有电催化层4与光催化层3；所述电催化层4与光催化层3在基层1的表面均呈圆环形分布；所述电催化层4与光催化层3在基层1的表面交替分布、相互嵌套，形成同心环结构；所述基层1表面任意相邻的电催化层4与光催化层3的面积相等；

所述基层1由钛合金材料制成，且钛合金为石墨烯-钛金属复合得到；所述电催化层4为铂族金属制成；所述电催化层4通过将基层1金属作为阴极，进行电镀得到；所述光催化层3为二氧化钛制成；所述光催化层3通过将基层1金属作为阳极，进行阳极氧化得到；所述电催化层4与光催化层3的厚度相等；所述电催化层4的厚度为0.5-1μm；所述基层1上被光催化层3覆盖的部分上均匀设置有微孔2；所述微孔2贯通基层1的两侧面；

工作时，使用石墨烯-钛金属复合得到制成基层1的钛合金材料，通过石墨烯对钛合金的导电、导热性能进行增强，提升使用复合光电材料制成催化电极对污染物进行光电复合催化分解时，减少电极通入电流后由材料电阻导致的电流损耗以及电极发热，同时，在使用过程中，通过铂族金属制得的电催化层4，催化污染物分解并产生吸氧副反应，产生氧气，从而提升污染物液体中的含氧量，使光催化剂在接受光照后表面产生的光生电子-空穴对中的光生电子能够迅速的与液体内的氧气结合，使氧气俘获光生电子，抑制光生电子-空穴对的复合，有效的提高光催化效率，同时，由于在基层1表面的电催化层4与光催化层3呈同心圆环结构，使用复合光电催化材料制成的催化电极在使用过程中保证电催化层4产生的氧气能够轻易的到达并接触到光催化剂表面，从而俘获光生电子，提升光催化效率，进而提升电极整体的催化分解效率，避免在基层1上电催化层4与光催化层3之间的距离相对较远，造成电催化层4产生的氧气不能顺利到达光催化层3处并俘获光生电子，影响到光催化效率。

作为本发明一种实施方式，所述基层1的表面上设置有呈同心圆形分布的楔形坡面；所述基层1的两侧面上均设置有楔形坡面；所述光催化层3位于楔形坡面上的倾斜面5上；所述电催化层4位于楔形坡面上的竖直面6上；

工作时，通过在基层1表面上设置呈同心圆形分布的楔形坡面，能够在使用复合光电材料制成的电极占据的体积一定时，扩大电极的表面积，从而增加电极表面电催化层4与光催化层3的面积，从而提升制成的电极对污染物的催化分解效率，同时，通过将光催化层3设置在倾斜面5上，能够降低在电极使用过程中进行光照的难度，轻易提升照射到光催化层3表面的光照强度，提升光催化效率，同时，在使用过程中，通过将电催化层4设置在竖直面6上，能够缩短电催化层4与光催化层3之间的距离，同时，保证在使用过程中电催化层4不会对光催化层3产生遮挡，影响光催化效率，同时，在使用过程中，电催化层4在催化分解过程中产生的氧气在脱离电催化层4后，氧气微泡或氧分子受到脱离时的作用力影响，出现移动，当氧气微泡或氧分子脱离时的轨迹不是垂直于电催化层4表面，则脱离后的氧气微泡或氧分子在运动一段时间后即会与光催化层3接触，提升电催化层4接触到光催化层3的可能性，提升光催化效率，同时，在基层1表面设置楔形坡面，能够有效的降低得到的复合光电催化材料制成的电极的体积，降低电极的重量。

一种复合光电催化材料制备方法，所述制备方法适用于上述权利要求所述的复合光电催化材料；所述制备方法包括以下步骤：

S1：将基层1材料放置到清洗桶中并向桶中加入适量的清洁剂、3％氢氟酸水溶液以及热水，之后，将清洗桶封闭并将超声波发生器的变幅杆插入到清洗桶内的液体内，对基层1材料进行超声波清洗，清洗时间为10-15min，清洗完成后，打开清洗桶，将基层1材料取出并使用清水进行清洗，去除表面残留的清洁剂和氢氟酸；

S2：对基层1材料进行切削处理，在基层1表面形成呈同心圆形分布的楔形坡面，完成切削处理后，使用激光打孔机，在基层1上的楔形坡面上的倾斜面5上进行打孔，得到均匀分布的微孔2，处理完成后再次对基层1使用清水进行清洗，去除基层1表面残留的切屑；

S3：在基层1表面上的楔形坡面上的竖直面6上涂布一层绝缘防水胶，之后，将基层1放入到电解液中进行反应，其中，基层1作为阳极，表面为覆盖绝缘防水胶的部分发生阳极氧化反应，生成二氧化钛纳米管，即光催化层3；所述电解液为含有3wt％的NH₄F和2vol％水的乙二醇溶液；所述阳极氧化反应时间为4.5-5.2h；所述基层1在进行阳极氧化反应时的电压为58-62V；

S4：将制得的覆盖有光催化层3的基层1放置到热处理炉中，对其进行热处理；所述热处理温度为380℃-420℃，处理时间为12-20min；

S5：在经过热处理的基层1上的楔形坡面上的倾斜面5上涂布一层绝缘防水胶，之后，将基层1放入到含有铂族金属离子的电镀液中进行电镀处理，使基层1表面存在铂族金属镀层，即电催化层4，处理完成后使用清水对基层1进行清洗，去除表面残留的电镀液；所述电镀处理时间为35-55min；

S6：在S5步骤的基础上，对基层1进行加热，通过升温使基层1表面的绝缘防水胶汽化去除；所述基层1加热温度为150-180℃，加热时间为3-5min；

工作时，在对基层1材料进行表面处理后，去除基层1材料表面的杂质后，依次使用阳极氧化和电镀的方式，在基层1的表面上制备得到光催化层3与电催化层4，降低制备难度，同时，在制备过程中，对阳极氧化后覆盖有光催化层3的基层1进行热处理，能够促进光催化层3中的二氧化钛纳米管的形态进行转变，使光催化层3中的二氧化钛纳米管转变为锐钛矿型与金红石型的混相状态，通过锐钛矿型与金红石型之间存在的0.2eV的带宽差，在两种形态之间形成异相结，促进光照时产生的光生电子的传输与分离，从而提高光催化效率。

作为本发明一种实施方式，所述S2步骤中，完成对基层1的切削以及打孔后，使用喷丸机对基层1进行进一步的表面处理；所述基层1进行喷丸处理时间为20-25min；所述喷丸处理过程中喷丸机喷出的丸粒的平均目数大于等于400目；

工作时，在对基层1进行切削与打孔后，通过喷丸机对基层1进行表面处理，消除切削和打孔引起的基层1内应力，避免在内部应力作用下基层1出现裂纹，导致后续使用过程中制得的电极从裂纹处加速损坏，缩短电极使用寿命，同时，通过喷丸机的作用，将切削和打孔过程中可能产生的毛刺去除，避免在后续的阳极氧化或电镀过程中引起制备的电催化层4和光催化层3出现缺陷，或者导致电镀得到的电催化层4附着不牢固，在使用过程中出现镀层脱落，缩短电极使用寿命，同时，通过使用较大目数的丸粒进行喷丸处理，提高基层1表面粗糙度，从而提升基层1经过阳极氧化以及电镀制成的电催化层4和光催化层3与基层1的结合强度，避免在使用过程中电催化层4和光催化层3因为结合强度不佳，出现破损或脱落，导致电机使用寿命缩短。

作为本发明一种实施方式，所述S3步骤中，光催化层3时采用多次阳极氧化的方式制备得到；所述制备过程中任意两次阳极氧化反应花费的时间均相等；所述多次阳极氧化的总时间为4.5-5.2h。

工作时，在总反应时间不变的情况下，对基层1进行多次阳极氧化处理，改善制备得到的光催化层3中的二氧化钛纳米形态，使二氧化钛纳米管的阵列更加规整、孔径更为均匀，从而提升光催化层3的催化效果与催化效率。

作为本发明一种实施方式，所述S4步骤中在保护性气氛下对基层1进行热处理；所述保护气体采用氮气、氦气或氩气中的任一种；所述热处理完成后，停止加热保持热处理炉中的保护性气氛，使基层1自然降温至室温；

工作时，在对基层1进行热处理时，通过使用保护性气体对基层1进行保护，避免基层1在热处理时的高温状态下与环境中的杂质气体产生反应，影响到基层1表面状态，同时，避免热处理时基层1所处环境中的杂质气体与基层1剧烈反应，导致基层1消耗过大，产生损伤，影响到后续制成的电极的使用寿命。

具体工作流程如下：

工作时，使用石墨烯-钛金属复合得到制成基层1的钛合金材料，同时，在使用过程中，通过铂族金属制得的电催化层4，催化污染物分解并产生吸氧副反应，使光催化剂在接受光照后表面产生的光生电子-空穴对中的光生电子能够迅速的与液体内的氧气结合，使氧气俘获光生电子，抑制光生电子-空穴对的复合，提高光催化效率，同时，在基层1表面的电催化层4与光催化层3呈同心圆环结构，在使用过程中保证电催化层4产生的氧气能够轻易的到达并接触到光催化剂表面，俘获光生电子，提升光催化效率；通过在基层1表面上设置呈同心圆形分布的楔形坡面，能够在使用复合光电材料制成的电极占据的体积一定时，扩大电极的表面积，同时，在基层1表面设置楔形坡面，能够有效的降低得到的复合光电催化材料制成的电极的体积，降低电极的重量；在对基层1材料进行表面处理，去除杂质后，依次使用阳极氧化和电镀的方式，在基层1的表面上制备得到光催化层3与电催化层4，同时，在制备过程中，对阳极氧化后覆盖有光催化层3的基层1进行热处理，能够促进光催化层3中的二氧化钛纳米管的形态进行转变，使光催化层3中的二氧化钛纳米管转变为锐钛矿型与金红石型的混相状态，通过锐钛矿型与金红石型之间存在的0.2eV的带宽差，在两种形态之间形成异相结，促进光照时产生的光生电子的传输与分离，提高光催化效率；在对基层1进行切削与打孔后，通过喷丸机对基层1进行表面处理，消除切削和打孔引起的基层1内应力，去除切削和打孔过程中可能产生的毛刺，提高基层1表面粗糙度，提升基层1经过阳极氧化以及电镀制成的电催化层4和光催化层3与基层1的结合强度；对基层1进行多次阳极氧化处理，改善制备得到的光催化层3中的二氧化钛纳米形态，使二氧化钛纳米管的阵列更加规整、孔径更为均匀。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种复合光电催化材料，其特征在于：所述复合光电催化材料包括基层(1)、电催化层(4)与光催化层(3)；所述基层(1)的两侧均设置有电催化层(4)与光催化层(3)；所述电催化层(4)与光催化层(3)在基层(1)的表面均呈圆环形分布；所述电催化层(4)与光催化层(3)在基层(1)的表面交替分布、相互嵌套，形成同心环结构；所述基层(1)表面任意相邻的电催化层(4)与光催化层(3)的面积相等；

所述基层(1)由钛合金材料制成，且钛合金为石墨烯-钛金属复合得到；所述电催化层(4)为铂族金属制成；所述电催化层(4)通过将基层(1)金属作为阴极，进行电镀得到；所述光催化层(3)为二氧化钛制成；所述光催化层(3)通过将基层(1)金属作为阳极，进行阳极氧化得到；所述电催化层(4)与光催化层(3)的厚度相等；所述电催化层(4)的厚度为0.5-1μm；所述基层(1)上被光催化层(3)覆盖的部分上均匀设置有微孔(2)；所述微孔(2)贯通基层(1)的两侧面；

所述基层(1)的表面上设置有呈同心圆形分布的楔形坡面；所述基层(1)的两侧面上均设置有楔形坡面；所述光催化层(3)位于楔形坡面上的倾斜面(5)上；所述电催化层(4)位于楔形坡面上的竖直面(6)上。

2.一种复合光电催化材料制备方法，其特征在于：所述制备方法适用于上述权利要求1所述的复合光电催化材料；所述制备方法包括以下步骤：

S1：将基层(1)材料放置到清洗桶中并向桶中加入适量的清洁剂、3％氢氟酸水溶液以及热水，之后，将清洗桶封闭并将超声波发生器的变幅杆插入到清洗桶内的液体内，对基层(1)材料进行超声波清洗，清洗时间为10-15min，清洗完成后，打开清洗桶，将基层(1)材料取出并使用清水进行清洗，去除表面残留的清洁剂和氢氟酸；

S2：对基层(1)材料进行切削处理，在基层(1)表面形成呈同心圆形分布的楔形坡面，完成切削处理后，使用激光打孔机，在基层(1)上的楔形坡面上的倾斜面(5)上进行打孔，得到均匀分布的微孔(2)，处理完成后再次对基层(1)使用清水进行清洗，去除基层(1)表面残留的切屑；

S3：在基层(1)表面上的楔形坡面上的竖直面(6)上涂布一层绝缘防水胶，之后，将基层(1)放入到电解液中进行反应，其中，基层(1)作为阳极，表面为覆盖绝缘防水胶的部分发生阳极氧化反应，生成二氧化钛纳米管，即光催化层(3)；所述电解液为含有3wt％的NH4F和2vol％水的乙二醇溶液；所述阳极氧化反应时间为4.5-5.2h；所述基层(1)在进行阳极氧化反应时的电压为58-62V；

S4：将制得的覆盖有光催化层(3)的基层(1)放置到热处理炉中，对其进行热处理；所述热处理温度为380℃-420℃，处理时间为12-20min；

S5：在经过热处理的基层(1)上的楔形坡面上的倾斜面(5)上涂布一层绝缘防水胶，之后，将基层(1)放入到含有铂族金属离子的电镀液中进行电镀处理，使基层(1)表面存在铂族金属镀层，即电催化层(4)，处理完成后使用清水对基层(1)进行清洗，去除表面残留的电镀液；所述电镀处理时间为35-55min；

S6：在S5步骤的基础上，对基层(1)进行加热，通过升温使基层(1)表面的绝缘防水胶汽化去除；所述基层(1)加热温度为150-180℃，加热时间为3-5min。

3.根据权利要求2所述一种复合光电催化材料制备方法，其特征在于：所述S2步骤中，完成对基层(1)的切削以及打孔后，使用喷丸机对基层(1)进行进一步的表面处理；所述基层(1)进行喷丸处理时间为20-25min；所述喷丸处理过程中喷丸机喷出的丸粒的平均目数大于等于400目。

4.根据权利要求3所述一种复合光电催化材料制备方法，其特征在于：所述S3步骤中，光催化层(3)时采用多次阳极氧化的方式制备得到；所述制备过程中任意两次阳极氧化反应花费的时间均相等；所述多次阳极氧化的总时间为4.5-5.2h。

5.根据权利要求4所述一种复合光电催化材料制备方法，其特征在于：所述S4步骤中在保护性气氛下对基层(1)进行热处理；所述保护气体采用氮气、氦气或氩气中的任一种；所述热处理完成后，停止加热保持热处理炉中的保护性气氛，使基层(1)自然降温至室温。

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