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CN113304738A - 一种催化基板及其制备方法 - Google Patents

一种催化基板及其制备方法 Download PDF

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CN113304738A CN202110466157.3A CN202110466157A CN113304738A CN 113304738 A CN113304738 A CN 113304738A CN 202110466157 A CN202110466157 A CN 202110466157A CN 113304738 A CN113304738 A CN 113304738A
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Abstract

本发明提供了一种催化基板及其制备方法，其中，所述催化基板包括：支撑基材及催化薄膜；所述支撑基材包括支撑底板及所述支撑底板表面上的可光致变形的液晶聚合物层；所述催化薄膜为二氧化钛薄膜，镀于所述支撑基材表面。本发明利用液晶聚合物的可光致变形特性，使液晶聚合物经紫外光照射后变形，进而为二氧化钛薄膜引入应力，提高二氧化钛的催化活性。

Description

一种催化基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及TiO2光催化领域，尤其涉及一种催化基板及其制备方法。
背景技术
现有的光催化过程中，常将催化剂制成球状，或是在基板表面涂覆催化剂以形成有效的催化表面。TiO2(二氧化钛)作为一种催化材料，可涂覆于水催化基板，形成活性表面。现有技术中只能通过提高催化剂比表面积的方式提高催化效率，提升的TiO2的催化活性有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种催化基板及其制备方法，通过在二氧化钛薄膜中引入应力的方式提高催化基板的催化活性。
为达到上述目的，本发明提供了一种催化基板，包括：支撑基材及催化薄膜；所述支撑基材包括支撑底板及所述支撑底板表面上的可光致变形的液晶聚合物层；所述催化薄膜为二氧化钛薄膜，镀于所述支撑基材表面。
进一步可选的，所述支撑底板包括：玻璃基板、硅片、PCB板或金属基板。
进一步可选的，所述支撑底板的上表面为平面。
进一步可选的，所述支撑底板上开设有多个通孔或凹槽。
进一步可选的，所述可光致变形的液晶聚合物层通过真空蒸镀的方式镀于所述支撑底板的表面。
进一步可选的，所述二氧化钛薄膜通过磁控溅射的方式镀于所述支撑基材的表面。
另一方面，本发明实施例提供了一种催化基板的制备方法，包括：在支撑底板的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层，得到支撑基材；在所述支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜，得到初始催化基板；使用紫外光对所述初始催化基板进行照射，得到催化基板。
进一步可选的，所述在支撑底板的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层，包括：通过真空蒸镀的方式在所述支撑底板的表面镀一层所述可光致变形的液晶聚合物层。
进一步可选的，所述在所述支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜，包括：通过磁控溅射的方式在所述液晶聚合物层的表面镀一层二氧化钛薄膜。
进一步可选的，所述在支撑底板的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层之前，包括：在所述支撑底板上开设多个通孔或凹槽。
上述技术方案具有如下有益效果：支撑底板的表面镀有一层可光致变形的液晶聚合物层，液晶聚合物层的表面镀有一层二氧化钛薄膜，使用紫外光照射后可使液晶聚合物层变形，变形后液晶聚合物的表面形成褶皱状态，通过褶皱的形成向二氧化钛薄膜中引入应力，二氧化钛因应力作用处于拉伸状态，可提高二氧化钛的催化活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的催化基板的结构示意图；
图2是本发明另一种实施例提供的催化基板的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的初始催化基板的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的催化基板的制备方法的流程图。
1-支撑底板2-液晶聚合物层3-二氧化钛薄膜
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中提高二氧化钛催化活性的方式大多为提高其比表面积，但这种方式提高的催化活性有限，针对如何进一步提高二氧化钛的催化活性的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
图1为本发明实施例提供的催化基板的结构示意图，如图1所示，为达到进一步提高二氧化钛催化活性的目的，本发明提供了一种催化基板，包括：支撑基材及催化薄膜；所述支撑基材包括支撑底板1及所述支撑底板1表面上的可光致变形的液晶聚合物层2；所述催化薄膜为二氧化钛薄膜3，镀于所述支撑基材表面。
如图1所示，催化基板分为三层，由下到上依次为支撑底板1、液晶聚合物层2以及二氧化钛薄膜3。支撑底板1与液晶聚合物层2共同构成支撑基材，二氧化钛薄膜3作为一种催化薄膜镀于支撑基材的表面，用于光催化。其中，液晶聚合物层2具有可光致变形的特性，在紫外光照射或加热的情况下，液晶聚合物层2内的材料发生化学反应引起表面变形，形成褶皱表面。液晶聚合物层2表面变形，镀在液晶聚合物层2表面的二氧化钛薄膜3也随之变形，进而在二氧化钛薄膜3中引入应力，由于二氧化钛薄膜3处于拉伸应力的作用下，因此提高了二氧化钛薄膜3的催化活性。
作为一种可选的实施方式，所述支撑底板1包括：玻璃基板、硅片、PCB板或金属基板。
作为一种可选的实施方式，所述支撑底板1的上表面为平面。
图2为本发明另一种实施例提供的催化基板的结构示意图，如图2所示，作为一种可选的实施方式，所述支撑底板1上开设有多个通孔或凹槽。
在镀上液晶聚合物层2之前，可在支撑底板1上开设多个通孔或凹槽，如此，在镀上液晶聚合物层2和二氧化钛薄膜3后，二氧化钛薄膜3不止位于支撑底板1的上表面，还位于每个通孔壁或凹槽壁上，增加了二氧化钛薄膜3的覆盖面积，即增加了二氧化钛薄膜3的有效催化面积，提高了催化性能。在此基础上，使用紫外光照射催化基板，使液晶聚合物层2变形以在二氧化钛薄膜3中引入应力，进一步提高二氧化钛的催化性能。
作为一种优选的实施方式，所述可光致变形的液晶聚合物层2通过真空蒸镀的方式镀于所述支撑底板1的表面。
真空蒸镀是指在真空的条件下，采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料并使之气化，粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法，采用该方法镀成的液晶聚合物层2纯度和致密性较高。
作为一种优选的实施方式，所述二氧化钛薄膜3通过磁控溅射的方式镀于所述支撑基材的表面。
采用磁控溅射的方式对二氧化钛薄膜3的厚度及均一性具有较好的控制。
图4是本发明实施例提供的催化基板的制备方法的流程图，如图4所示，另一方面，本发明实施例还提供了一种催化基板的制备方法，包括：
S101、在支撑底板1的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层2，得到支撑基材；
支撑基材由下层的支撑底板1与上层的液晶聚合物层2构成，其中，液晶聚合物层2具有光致变形的特征，但在该步骤中，液晶聚合物层2还未被紫外光照射，未出现变形。
S102、在所述支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜3，得到初始催化基板；
图3是本发明实施例提供的初始催化基板的结构示意图，如图3所示，在支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜3，二氧化钛为一种具有催化性能的功能性材料。此时，该初始基板已经具有了一定的催化作用，但为进一步提高二氧化钛薄膜3的催化性能，还需进行步骤S103。
S103、使用紫外光对所述初始催化基板进行照射，得到催化基板。
初始催化基板中的液晶聚合物层2因具有可光致变形的特性，在紫外光的照射下，该液晶聚合物层2的表面开始变形，并形成如图1所示的褶皱表面，此时二氧化钛薄膜3由于液晶聚合物层2表面的变形而随之处于拉伸应力的作用下，由于二氧化钛薄膜3内部引入了应力，因此提高了二氧化钛的催化性能。相比于初始催化基板，经紫外光照射后的催化基板催化性能更佳。
作为一种可选的实施方式，所述在支撑底板1的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层2，包括：通过真空蒸镀的方式在所述支撑底板1的表面镀一层所述可光致变形的液晶聚合物层2。
作为一种可选的实施方式，所述在所述支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜3，包括：通过磁控溅射的方式在所述液晶聚合物层2的表面镀一层二氧化钛薄膜3。
真空蒸镀是指在真空的条件下，采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料并使之气化，粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法，采用该方法镀成的液晶聚合物层2纯度和致密性较高。
作为一种可选的实施方式，所述在支撑底板1的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层2之前，包括：S100、在所述支撑底板1上开设多个通孔或凹槽。
在镀上液晶聚合物层2之前，可在支撑底板1上开设多个通孔或凹槽，如此，在镀上液晶聚合物层2和二氧化钛薄膜3后，二氧化钛薄膜3不止位于支撑底板1的上表面，还位于每个通孔壁或凹槽壁上，进而增加了二氧化钛薄膜3的覆盖面积，即增加了二氧化钛薄膜3的有效催化面积，提高了催化性能。在此基础上，使用紫外光照射催化基板，使液晶聚合物层2变形以在二氧化钛薄膜3中引入应力，进一步提高二氧化钛的催化性能。
采用磁控溅射的方式对二氧化钛薄膜3的厚度及均一性具有较好的控制。
具体实施例一
如图1所示的一种催化基板，包括：支撑基材及催化薄膜；所述支撑基材包括支撑底板1及所述支撑底板1表面上的可光致变形的液晶聚合物层2；所述催化薄膜为二氧化钛薄膜3，镀于所述支撑基材表面。
本实施例中支撑底板1的上表面为平面。
本实施例中的催化基板的制备方法如下：
S1、通过真空蒸镀的方式在所述支撑底板1的表面镀一层所述可光致变形的液晶聚合物层2，得到支撑基材。其中，支撑基材由下层的支撑底板1与上层的液晶聚合物层2构成，液晶聚合物层2具有光致变形的特征，但在该步骤中，液晶聚合物层2还未被紫外光照射，未出现变形。
S2、通过磁控溅射的方式在所述液晶聚合物层2的表面镀一层二氧化钛薄膜3，得到初始催化基板。
在该步骤中，在支撑基材的表面通过磁控溅射的方法镀一层二氧化钛薄膜3，二氧化钛为一种具有催化性能的功能性材料。此时，该初始基板已经具有了一定的催化作用。
S3、使用紫外光对所述初始催化基板进行照射，得到催化基板。
在该步骤中，将S2步骤中的催化基板进行紫外光照射，由于液晶聚合物层2具有可光致变形的特性，因此在紫外光的照射下，该液晶聚合物层2的表面开始变形，并形成如图1所示的褶皱表面，此时二氧化钛薄膜3由于液晶聚合物层2表面的变形而随之处于拉伸应力的作用下，由于二氧化钛内部引入了应力，因此提高了二氧化钛的催化性能。相比于初始催化基板，经紫外光照射后的催化基板催化性能更佳。
具体实施二
如图2所示，本实施例中的催化基板与具体实施例一中的催化基板基本相同，不同之处在于，支撑底板1上开设有通孔。
本实施例中的催化基板的制备方法如下：
S0、在支撑底板1上开设多个通孔。具体的，可采用CNC或激光在支撑底板1上开设通孔，通孔的形状可为圆形、梯形等，需要说明的是，本发明实施例对通孔形状不做限制，只要通孔的形状能够使支撑底板1上镀有的二氧化钛总面积增大即可。
S1、通过真空蒸镀的方式在所述支撑底板1的表面镀一层所述可光致变形的液晶聚合物层2，得到支撑基材。其中，支撑基材由下层的支撑底板1与上层的液晶聚合物层2构成，液晶聚合物层2具有光致变形的特征，但在该步骤中，液晶聚合物层2还未被紫外光照射，未出现变形。
S2、通过磁控溅射的方式在所述液晶聚合物层2的表面镀一层二氧化钛薄膜3，得到初始催化基板。
在该步骤中，在支撑基材的表面通过磁控溅射的方法镀一层二氧化钛薄膜3，二氧化钛为一种具有催化性能的功能性材料。此时，该初始基板已经具有了一定的催化作用。
S3、使用紫外光对所述初始催化基板进行照射，得到催化基板。
在该步骤中，将S2步骤中的催化基板进行紫外光照射，由于液晶聚合物层2具有可光致变形的特性，因此在紫外光的照射下，该液晶聚合物层2的表面开始变形，并形成如图1所示的褶皱表面，此时二氧化钛薄膜3由于液晶聚合物层2表面的变形而随之处于拉伸应力的作用下，由于二氧化钛内部引入了应力，因此提高了二氧化钛的催化性能。相比于初始催化基板，经紫外光照射后的催化基板催化性能更佳。
具体实施三
本实施例中的催化基板与具体实施例一中的催化基板基本相同，不同之处在于，支撑底板1上开设有凹槽。
本实施例的催化基板的制备方法与具体实施例二基本相同，不同之处在于：
S0、在支撑底板1上开设多个凹槽。具体的可采用CNC或激光在支撑底板1上开设凹槽，凹槽的形状可为圆形、梯形等，需要说明的是，本发明实施例对通孔形状不做限制，只要通孔的形状能够使支撑底板1上镀有的二氧化钛总面积增大即可。
上述技术方案有以下有有益效果：支撑底板1的表面镀有一层可光致变形的液晶聚合物层2，液晶聚合物层2的表面镀有一层二氧化钛薄膜3，使用紫外光照射后可使液晶聚合物层2变形，变形后液晶聚合物的表面形成褶皱状态，通过褶皱的形成向二氧化钛薄膜3中引入应力，二氧化钛因应力作用处于拉伸状态，可提高二氧化钛的催化活性。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种催化基板，其特征在于，包括：
支撑基材及催化薄膜；
所述支撑基材包括支撑底板及所述支撑底板表面上的可光致变形的液晶聚合物层；
所述催化薄膜为二氧化钛薄膜，镀于所述支撑基材表面。
2.根据权利要求1所述的催化基板，其特征在于，所述支撑底板包括：玻璃基板、硅片、PCB板或金属基板。
3.根据权利要求1所述的催化基板，其特征在于：
所述支撑底板的上表面为平面。
4.根据权利要求1所述的催化基板，其特征在于：
所述支撑底板上开设有多个通孔或凹槽。
5.根据权利要求1所述的催化基板，其特征在于，所述可光致变形的液晶聚合物层通过真空蒸镀的方式镀于所述支撑底板的表面。
6.根据权利要求1所述的催化基板，其特征在于，所述二氧化钛薄膜通过磁控溅射的方式镀于所述支撑基材的表面。
7.一种催化基板的制备方法，其特征在于，包括：
在支撑底板的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层，得到支撑基材；
在所述支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜，得到初始催化基板；
使用紫外光对所述初始催化基板进行照射，得到催化基板。
8.根据权利要求7所述的催化基板的制备方法，其特征在于，所述在支撑底板的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层，包括：
通过真空蒸镀的方式在所述支撑底板的表面镀一层所述可光致变形的液晶聚合物层。
9.根据权利要求7所述的催化基板的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑基材的表面镀一层二氧化钛薄膜，包括：
通过磁控溅射的方式在所述液晶聚合物层的表面镀一层二氧化钛薄膜。
10.根据权利要求7所述的催化基板的制备方法，其特征在于，所述在支撑底板的表面镀一层可光致变形的液晶聚合物层之前，包括：
在所述支撑底板上开设多个通孔或凹槽。
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