一种电压驱动的自清洁催化涂层及其制备方法和应用

本发明涉及自清洁涂层，尤其涉及一种电压驱动的自清洁催化涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、厨房用电器，如烤箱、蒸烤箱、微波炉和空气炸锅等，在烹饪过程中不可避免的产生油脂和油烟，附着在电器内壁上，不易清除，长时间累积会产生各种有害物质和病菌。

2、针对如何清除厨房用电器内壁附着的油污问题，一种可行的技术途径是在电器内壁上覆盖具有催化氧化功能的自清洁的涂层，将烹饪过程产生的油脂和油烟催化氧化降解为co2和h2o。这类涂层需要包含高活性的氧化催化剂，如铂族金属氧化物、稀土金属氧化物、铬锰金属氧化物等。但是现有氧化催化剂需要在高温才能实现很好的催化效果，而受烹饪温度限制(如烤箱烹饪温度不超过300℃)，催化剂的降解效率有限。因此，本领域尚缺乏一种在烹饪温度下实现油脂和油烟自清洁的技术。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种自清洁催化涂层，可在烹饪温度环境下，有效降解附着在表面的油脂和油烟。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供一种电压驱动的自清洁催化涂层，所述自清洁催化涂层为双层结构，包括绝缘层和导电催化层，所述绝缘层用于覆盖金属基材，所述导电催化层覆盖所述绝缘层，所述导电催化层包括选自导电金属氧化物中的至少一种催化剂，所述导电催化层两个相对边缘分别连接第一电极和第二电极。

3、本发明的原理如下：向导电金属氧化物催化剂施加低电压形成电流，可以激发氧化降解油脂和油烟的催化活性。当电流穿过催化剂时，产生两个激发催化反应的效应。第一是界面电热效应，催化剂的界面电阻产生的局域焦耳热形成高温热点，可以为催化反应提供较高的表面温度；第二是界面电子效应，即电场可驱动催化剂晶格氧移动到表面形成活性氧，将反应物深度氧化，损耗的晶格氧可以从气相氧中得到补充，加速油脂和油烟的氧化降解。

4、进一步地，所述导电金属氧化物选自掺锑氧化锡、掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、偏铝酸铜、镧系钙钛矿中的一种或多种。

5、进一步地，所述导电催化层包括活性添加剂，所述活性添加剂负载在所述导电金属氧化物上，所述活性添加剂选自碱金属、碱土金属、贵金属中的一种或多种，所述碱金属为钠和/或钾，所述碱土金属为镁和/或钙，所述贵金属选自铂、钯、铑、钌、金、银中的一种或多种。活性添加剂为具有催化氧化能力的活性组分，可以辅助提升催化降解效果。活性添加剂主要为贵金属材料和碱/碱土金属材料，碱/碱土金属为氧化态(因为金属态不稳定)，贵金属为金属态或氧化态。

6、进一步地，所述导电催化层包括填料，所述填料选自二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钙、氧化钛中的一种或多种。添加填料的作用是提高涂层在金属基材上的附着力和机械强度。

7、进一步地，所述导电催化层的厚度为100～500μm。导电催化层的厚度会影响催化降解效果，厚度过低，催化降解效果有限，厚度过高则涂层附着力不足。

8、进一步地，所述导电催化层的方阻为5～600ω。限定方阻范围确保在低电压下有电流流过导电催化层。

9、进一步地，所述绝缘层为无机陶瓷涂层和/或氟树脂涂层。

10、本发明的第二方面提供上述电压驱动的自清洁催化涂层的制备方法，包括以下步骤：

11、s1、在金属基材表面设置绝缘层；

12、s2、将导电催化层的前体溶液喷涂到绝缘层上，烘干后在氨气气氛中放置1～4小时，200～500℃焙烧1～5小时；

13、s3、在涂层表面涂覆稀氨水，静置0.5～1小时，沥去稀氨水，600～900℃焙烧1～5小时，得到导电催化层；

14、s4、多次重复步骤s2-s3，使导电催化层达到设定厚度；

15、s5、将导电催化层两个相对边缘分别与第一电极和第二电极连接。

16、自清洁催化涂层制备的关键点在于导电催化层，通过上述方法可以形成稳定的金属氧化物，并且通过多次合成可以实现导电催化层厚度准确控制。

17、本发明的第三方面提供上述电压驱动的自清洁催化涂层的应用，将所述自清洁催化涂层覆盖在厨房用电器的内壁，在厨房用电器工作过程中向导电催化层上的第一电极和第二电极施加电压。

18、进一步地，向所述第一电极和所述第二电极施加的电压为12～60v。在低电压和低温下，自清洁催化涂层即可具有高催化性能，反应条件易于控制。

19、进一步地，所述厨房用电器选自烤箱、蒸烤箱、微波炉、空气炸锅中的一种。

20、综上，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

21、(1)本发明的自清洁催化涂层以导电金属氧化物为外涂层，施加低电压可有效降解附着的油脂和油污，将附着在厨房电器内壁的油脂和油烟降解成co2和h2o排放到空气中。

22、(2)自清洁催化涂层工作过程采用安全的低电压和温和的低温反应条件，无需外加热，能耗低，响应快速，易于控制，非常适合家用电气化。

23、(3)将本发明应用于厨房家电，可以实时在线降解烹饪过程中产生的油脂和油污，也可以独立运行降解累积的油脂和油污，使厨房电器免于油污的清洁作业，避免产生清洁剂的二次污染。

技术特征：

1.一种电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述自清洁催化涂层为双层结构，包括绝缘层和导电催化层，所述绝缘层用于覆盖金属基材，所述导电催化层覆盖所述绝缘层，所述导电催化层包括选自导电金属氧化物中的至少一种催化剂，所述导电催化层两个相对边缘分别连接第一电极和第二电极。

2.根据权利要求1所述的电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述导电金属氧化物选自掺锑氧化锡、掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、偏铝酸铜、镧系钙钛矿中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述导电催化层包括活性添加剂，所述活性添加剂负载在所述导电金属氧化物上，所述活性添加剂选自碱金属、碱土金属、贵金属中的一种或多种，所述碱金属为钠和/或钾，所述碱土金属为镁和/或钙，所述贵金属选自铂、钯、铑、钌、金、银中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述导电催化层包括填料，所述填料选自二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钙、氧化钛中的一种或多种。

5.根据权利要求1-4任一所述的电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述导电催化层的厚度为100～500μm。

6.根据权利要求1-4任一所述的电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述导电催化层的方阻为5～600ω。

7.根据权利要求1所述的电压驱动的自清洁催化涂层，其特征在于，所述绝缘层为无机陶瓷涂层和/或氟树脂涂层。

8.一种如权利要求1-7任一所述的电压驱动的自清洁催化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种如权利要求1-7任一所述的电压驱动的自清洁催化涂层的应用，其特征在于，将所述自清洁催化涂层覆盖在厨房用电器的内壁，在厨房用电器工作过程中向导电催化层上的第一电极和第二电极施加电压。

10.根据权利要求9所述的电压驱动的自清洁催化涂层的应用，其特征在于，向所述第一电极和所述第二电极施加的电压为12～60v。

技术总结本发明公开了一种电压驱动的自清洁催化涂层及其制备方法和应用，电压驱动的自清洁催化涂层，所述自清洁催化涂层为双层结构，包括绝缘层和导电催化层，所述绝缘层用于覆盖金属基材，所述导电催化层覆盖所述绝缘层，所述导电催化层包括选自导电金属氧化物中的至少一种催化剂，所述导电催化层两个相对边缘分别连接第一电极和第二电极。本发明以具有导电金属氧化物的导电催化层为外涂层，通过施加低电压，就可在烹饪温度环境下有效降解附着在表面的油脂和油烟。技术研发人员：张业新,张建,梅雪怡受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/23