部需要暴露在目标催化物Μ中。
[0081]本实例中，考虑到透光性和沉积生长光催化层的稳定性，一般选取非柔性的透明基底，例如ΙΤ0玻璃或者FT0玻璃。需要特别指出的是由于玻璃层的存在，第一部件的第一导电层与目标催化物是完全隔离的，因此光照产生的光生载流子无法通过第一导电层与目标催化物接触从而反生反应。
[0082]本实施例中，第一导电层与第二导电层可以通过外部导线连接，导线的材料可选自常用的铜、银、铁等材料。在实际应用过程中，该导线可以与电流表、电压表或者其他电信号检测装置或收集装置直接连接。
[0083]在研究过程中，本实施例提供的同一个光催化器件在不同工作状态下进行了光催化效率的比较，目标催化物为甲基橙溶液，光催化层为二氧化钛，图7为检测结果，从图中可以看出，没有摩擦的情况下光催化5小时后甲基橙降解率只有10%，而有摩擦的情况下降解率可以达到70%，光催化效率提高了 7倍。为了验证实验的准确性，同时进行了几种不同条件的测试。首先，测试了在没有光照下只有第一部件与第二部件互相摩擦的情况下的降解情况，结果表明几乎没有发生降解，说明采用本实施例的光催化器件，光降解效率的提高来自摩擦电产生的电场对光生载流子的分离作用，而不是摩擦电荷本身参与了降解反应。其次，测试了光催化层与摩擦层没有紧密接触的情况，降解率也只有不到20%，说明光催化效率的提升也不是来自摩擦运动导致的溶液扰动。最后，为了证明外部导线的存在可以使得光催化层上产生的光生空穴转移到第二导电层上与溶液反生反应，测试了没有导线连接第一导电层和第二导电层的情况，结果是光降解率只有30%左右，远低于有导线连接的情况，说明外部导线的存在确实促进了光催化效率的提高。此结果也表明，第一导电层与第二导电层之间可以进行电连接，也可以不进行连接，优选进行连接。
[0084]需要说明的是，本实施例中采用第一部件与第二部件互相滑动摩擦的方式利用机械能为光催化层提供摩擦电场，在其他实施例中，还可以采用第一部件与第二部件接触分离的方式产生摩擦电场，因此在第一部件的光催化层与第二部件的摩擦层接触后分离，同样可以造成表面累积的正负电荷分离产生摩擦电场，使光催化层中由光照产生的电子和空穴分别往电势不同的方向移动，从而增强光催化效率。
[0085]实施例三:
[0086]本发明还提供一种自供电场增强催化效率的光催化方法，利用实施例一或者实施例二中的光催化器件，包括下列步骤:
[0087]将光催化器件置于目标催化物中；
[0088]光线照射在第一部件的光催化层；第一部件的光催化层与第二部件的摩擦层互相滑动摩擦使接触面积发生变化，或者互相接触分离，为所述光催化层提供电场。
[0089]其中，将光催化器件置于目标催化物中，对于实施例一的光催化器件，优选为将第一导电层暴露在目标催化物中；对于实施例二的光催化器件，优选为将第二导电层暴露在目标催化物中，第一导电层与目标催化物隔离。
[0090]在本发明提供的这种新型工作模式中，由机械能产生的非连续不稳定电输出不再用于直接驱动负载器件工作，而是作为提高光催化反应中对太阳能转化效率的辅助提高手段。由于机械能在自然界和人类生活中广泛存在随处可得，因此通过这种模式可以大大提高对太阳能的利用效率。
[0091]上述实施例中实施的光催化器件和光催化方法是本发明在具体实施过程中的示例，本发明的主旨在于将上述摩擦发电产生的电场作用在光催化层，以提高光催化效率的技术效果。因此，上述实施例并不应解释为对本发明作任何形式上的限制，对于本领域的普通技术人员，在上述实施例的基础上不付出创造性劳实现的发电单元和光催化单元的整合结构并达到同时充放电的效果的技术方案，均包括在本发明的范围内。
【主权项】
1.一种自供电场增强催化效率的光催化器件，其特征在于，包括第一部件和第二部件，其中， 第一部件包括紧密结合的光催化层和第一导电层，第二部件包括摩擦层，所述摩擦层与所述光催化层的材料具有不同的摩擦电极序； 第一部件相对于第二部件滑动时，光催化层101与摩擦层103表面互相滑动并且接触面积发生变化；或者，所述第一部件与第二部件接触分离使所述光催化层与摩擦层接触后分离。2.根据权利要求1所述的光催化器件，其特征在于，所述第二部件还包括第二导电层，所述摩擦层固定设置在所述第二导电层上，所述第一导电层与第二导电层电连接或不连接。3.根据权利要求2所述的光催化器件，其特征在于，所述摩擦层和第二导电层为透光材料。4.根据权利要求1-3任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述第一导电层的部分或者全部表面暴露在目标?隹化物中。5.根据权利要求2或3所述的光催化器件，其特征在于， 所述第二导电层的部分或者全部表面暴露在目标催化物中； 所述第一部件还包括基底，所述第一导电层设置在所述基底上；所述第一导电层通过所述基底与所述目标催化物隔离开。6.根据权利要求1-5任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化层的材料为具有光催化性质的半导体材料；所述摩擦层材料为绝缘体材料。7.根据权利要求6所述的光催化器件，其特征在于，所述半导体材料为下列材料的一种或者几种:娃、锗；第II和第VI族化合物；以及钛、锰、铬、铁、铜、锌的氧化物；齒化银、BiV03 和 SrTi03 ； 所述绝缘体为下列材料的一种或者几种:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、人造纤维、棉及其织物、木头、硬橡胶、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性体、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT和派瑞林AF4。8.根据权利要求1-7任一项所述的光催化器件，其特征在于，光催化层与摩擦层为相同的图形化结构。9.根据权利要求8所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化层与摩擦层均被分成多个中心角相等的扇区，所有扇区的顶点重合，并且，任意两个光催化层材料扇区之间间隔一个镂空扇区，任意两个摩擦层材料扇区之间间隔一个镂空扇区。10.根据权利要求9所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化层与摩擦层均被分成2、3、4、5或8个中心角相等的扇区。11.根据权利要求ι-?ο任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化层为薄膜材料，厚度优选在1 μ m?10 μ m之间。12.根据权利要求1-10任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述摩擦层和/或光催化层的表面分布有微米或次微米量级的微结构阵列。13.根据权利要求1-12任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述摩擦层和光催化层的形状相匹配，使二者在相互滑动时能够达到完全重合。14.根据权利要求1-11任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述光催化层和/或摩擦层为硬质材料或者柔性材料。15.根据权利要求1-14任一项所述的光催化器件，其特征在于，所述第一导电层为透光材料。16.根据权利要求1-15任一项所述的光催化器件,其特征在于,所述第一导电层材料通过沉积的方式在所述光催化层的表面成膜； 或者，所述光催化层通过在所述第一导电层材料上生长获得。17.—种自供电场增强催化效率的光催化方法,其特征在于,米用权利要求1-16任一项所述的光催化器件，包括下列步骤: 将所述光催化器件置于目标催化物中； 光线照射在第一部件的光催化层；第一部件的光催化层与第二部件的摩擦层互相滑动摩擦使接触面积发生变化，或者互相接触分离，为所述光催化层提供电场。
【专利摘要】本发明提供一种自供电场增强催化效率的光催化器件，以及应用该器件的光催化方法。所述光催化器件包括第一部件和第二部件，其中，第一部件包括紧密结合的光催化层和第一导电层，第二部件包括摩擦层；第一部件相对于第二部件滑动时，光催化层与摩擦层表面互相滑动并且接触面积发生变化；或者，所述第一部件与第二部件接触分离使所述光催化层与摩擦层接触后分离。由于所述摩擦层与所述光催化层的材料具有不同的摩擦电极序，在光催化层上产生摩擦电场，使光催化层中由光照产生的电子和空穴分别往电势不同的方向移动，不需要引入外部电场即可增强光催化效率。
【IPC分类】B01J8/02, B01J19/00
【公开号】CN105289439
【申请号】CN201410364267
【发明人】王中林, 刘畅, 王思泓
【申请人】北京纳米能源与系统研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年7月28日