一種具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有光催化效應(yīng)的 綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光子晶體結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生是因?yàn)楣庾泳w材料中光子帶隙的存在，當(dāng)帶隙范圍落在 可見光范圍內(nèi)時(shí)，特定頻率的可見光將不能通過蛋白石光子晶體繼續(xù)傳播，這些不能繼續(xù) 傳播的可見光會(huì)被光子晶體反射，最后在具有周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體表面形成相干衍射， 這些很窄波段的光最后被人眼睛感知，而呈現(xiàn)出絢麗多彩的結(jié)構(gòu)色。對(duì)自然界中的蛋白石、 甲蟲、蝴蝶等結(jié)構(gòu)色研宄后可以發(fā)現(xiàn)，這類材料具有永不褪色、顏色鮮艷、飽和度高、環(huán)境友 好等優(yōu)點(diǎn)日益受到國(guó)內(nèi)外研宄者的關(guān)注。目前，對(duì)不同顏色結(jié)構(gòu)色薄膜的研宄和制備已經(jīng) 獲得很好的發(fā)展，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN201310205597. 9公開了一種藍(lán)綠色光子晶體結(jié) 構(gòu)色薄膜的制備方法，是用二氧化硅微球的自組裝技術(shù)在玻璃基板表面獲得的，該藍(lán)綠色 光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜有較好的呈色效果。然而，目前對(duì)于光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的多功能化 研宄，特別是在光催化降解方面卻鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備 方法，該方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求低，對(duì)環(huán)境無污染，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)該方法制 得的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜顏色亮麗，不易褪色，呈色效果和光催化性能優(yōu)異。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0005] 一種具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 1)按1: (1. 5~3)的質(zhì)量比取粒徑為228±5nm的SiO#球粉體和聚乙烯吡咯 烷酮，混合后加水，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)后過濾，將沉淀經(jīng)洗滌、離心及干燥處理，得到PVP修飾的 Si02微球；按（0. 1~0. 25)g :10mL的料液比，將PVP修飾的Si02微球加入無水乙醇中超聲 混合處理，得到含有SiO^j球的乳濁液；
[0007] 2)按1 : (0. 5~2. 5)的質(zhì)量比取氫氧化鋰和乙酸鋅，將氫氧化鋰和乙酸鋅分別用 無水乙醇溶解，攪拌混合均勻，分別得到氫氧化鋰-乙醇混合液和乙酸鋅-乙醇混合液；將 乙酸鋅-乙醇混合液于50~70°C恒溫水浴下處理至體系溫度穩(wěn)定后，按1:1的體積比，將 氫氧化鋰-乙醇混合液滴加到乙酸鋅-乙醇混合液中，攪拌均勻，制得混合液；
[0008] 3)按1 : (10~14)的體積比，將步驟1)中制得的含有Si02微球的乳濁液滴加到 步驟2)制得的混合液中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)后過濾，將沉淀經(jīng)洗滌、離心、干燥處理后，在300~ 500°C熱處理2~6h，得到具有光催化功能的Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球；
[0009] 4)將5102財(cái)11〇核殼結(jié)構(gòu)微球加無水乙醇，配成質(zhì)量百分比為0.35~0.55%的混 合液，將混合液超聲分散，制得含有Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球的乳濁液；
[0010] 5)將潔凈的玻璃基片垂直放入含有Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球的乳濁液中，于40~ 60°C真空干燥至乙醇揮發(fā)完全后，在玻璃基片表面生成具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié) 構(gòu)色薄膜。
[0011] 步驟1)所述的充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)是采用磁力攪拌反應(yīng)2~4h。
[0012] 步驟1)是按照每1. 5~2. 0gSi02微球粉體加入100mL水的用量配比向SiO2微 球粉體和聚乙烯吡咯烷酮混合后的體系中加去離子水。
[0013] 步驟3)所述攪拌均勻是采用磁力攪拌反應(yīng)2~6h。
[0014] 步驟1)所述的超聲混合處理時(shí)間為10~20min。
[0015] 步驟2)所述的氫氧化鋁-乙醇混合液是將0. 15~0. 25g的氫氧化鋰溶于100mL 無水乙醇中制得；所述乙酸鋅-乙醇混合液是將0. 075~0. 625g的乙酸鋅溶于100mL無水 乙醇中制得。
[0016] 步驟1)和3)所述的離心是在4000~8000r/min下處理10~20min。
[0017] 步驟1)和3)所述的洗滌是將沉淀先經(jīng)過去離子水洗2~4次，再經(jīng)過無水乙醇 清洗2~4次；所述的干燥是在60~80°C下進(jìn)行。
[0018] 步驟4)所述的超聲分散時(shí)間為10~30min。
[0019] 步驟5)所述的潔凈的玻璃基片是將玻璃基片先在質(zhì)量濃度為30%的雙氧水溶液 中浸泡l〇h，再經(jīng)過去離子水和無水乙醇清洗2~3次后得到。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0021] 本發(fā)明公開的具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，首先，將 粒徑為228±5nm的Si02微球粉體和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，經(jīng)過濾、洗滌、離心干燥 系列處理，得到PVP修飾的Si02微球；然后將PVP修飾的SiO2微球加入無水乙醇中制得含 有Si02微球的乳濁液。其次，配制氫氧化鋰-乙醇及乙酸鋅-乙醇的混合液，將含有SiO2 微球的乳濁液滴加到該混合液中，經(jīng)經(jīng)過濾、洗滌、離心干燥系列處理，制得具有光催化功 能的Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球，該核殼結(jié)構(gòu)微球的粒徑為246±5nm，由于核殼結(jié)構(gòu)中內(nèi)核與 外殼之間界面的存在使得催化降解效率增強(qiáng)。在SiOjj球制備過程中引入的ZnO殼層，不 僅提高了核殼微球的有效折射率，使得其綠色結(jié)構(gòu)色更加明顯，而且實(shí)現(xiàn)了光子晶體結(jié)構(gòu) 色薄膜對(duì)甲基橙的光催化降解功能。最后，采用垂直沉積法，使Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球在玻 璃基體表面自組裝成綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜，該結(jié)構(gòu)色薄膜呈現(xiàn)出周期性緊密排列，且 該結(jié)構(gòu)色綠色薄膜顏色亮麗，不易褪色，解決了綠色染料使用時(shí)存在的氧化銅、氧化鉻綠等 顏料對(duì)人體和環(huán)境的危害。本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單易行，對(duì)環(huán)境無污染，能大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)， 具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實(shí)施例1所得具有光催化效應(yīng)的綠色結(jié)構(gòu)色薄膜的光學(xué)照片；
[0023]圖2為實(shí)施例1所得具有光催化效應(yīng)的綠色結(jié)構(gòu)色薄膜的X射線衍射圖；
[0024]圖3為實(shí)施例1所得具有光催化效應(yīng)的綠色結(jié)構(gòu)色薄膜的掃描電鏡圖；
[0025]圖4為實(shí)施例1所得具有光催化效應(yīng)的綠色結(jié)構(gòu)色薄膜的反射光譜圖；
[0026]圖5為實(shí)施例1所得具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的甲基橙光催化 降解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0028] 本發(fā)明公開的具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，采用的技 術(shù)方案為：
[0029] 首先，將Si02微球粉體和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，攪拌反應(yīng)后，過濾，將沉淀 物經(jīng)洗滌、離心及干燥處理，得到PVP修飾的Si02微球；將PVP修飾的SiO2微球加入無水乙 醇中超聲混合處理，得到含有SiOjj球的乳濁液；
[0030] 其次，配制氫氧化鋰-乙醇混合液及乙酸鋅-乙醇混合液；將乙酸鋅-乙醇混合液 于恒溫水浴下處理至體系溫度穩(wěn)定后，將氫氧化鋰-乙醇混合液滴加到乙酸鋅-乙醇混合 液中，攪拌均勻，制得混合液；將含有Si02微球的乳濁液滴加到該混合液中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng) 后，過濾，沉淀物經(jīng)洗滌、離心、干燥處理后，再經(jīng)熱處理，制到具有光催化功能的Si02@Zn0 核殼結(jié)構(gòu)微球；
[0031] 再次，將Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球加無水乙醇，經(jīng)超聲分散，制得含有Si02@Zn0核 殼結(jié)構(gòu)微球的乳池液；
[0032] 最后，將玻璃基片采用垂直沉積法，生成具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色 薄膜。
[0033] 本發(fā)明所述的Si02微球粉體的粒徑為228±5nm，且該粒徑為228±5nm的SiO2微 球是通過Stdber法制備的。制得的Si02@Zn0核殼結(jié)構(gòu)微球的粒徑為246±5nm。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 一種具有光催化效應(yīng)的綠色光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0036] (1)按質(zhì)量比為1:3稱取粒徑為228±5nm的Si02微球粉體和聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)若干克，混合均勻后放置到燒杯中，按照每2. 0gSi02微球粉體加入100mL水的用量 配比向燒杯中加入去離子水，磁力攪拌混合，反應(yīng)4h后過濾，沉淀物經(jīng)過洗滌、離心、干燥， 即可得到PVP修飾的Si02微球；
[0037] 其中，離心是在6000r/min下處理15min，洗滌是將沉淀先經(jīng)過去離子水洗2~4 次，再經(jīng)過無水乙醇清洗2~4次；干燥是在60°C下進(jìn)行。
[0038] (2)準(zhǔn)確稱量步驟（1)得到經(jīng)PVP修飾的Si02微球0?25g，加入至10mL的無水乙 醇中超聲混合20min，得到有SiO#j球的乳濁液。
[0039] (3)按質(zhì)量比為2. 5:1稱取乙酸鋅和氫氧化鋰若干克，分別將其溶解到無水乙醇 中，攪拌混合均勻；隨后將乙酸鋅-乙醇混合液放置到60°C恒溫水浴中，待體系溫度穩(wěn)定 后，按1:1的體積比，將氫氧化鋰-乙醇混合液滴加到乙酸鋅-乙醇混合液中攪拌均勻，制 得混合液；接下來將步驟（2)中制得的乳濁液滴加到混合液中，磁力攪拌反應(yīng)4h后過濾，將 沉淀物經(jīng)洗滌、離心、干燥，并在300°C熱處理6h后，即可得到具有光催化功能的Si02@Zn0 核殼結(jié)構(gòu)微球；
[0040] 其中，所述的氫氧化鋁-乙醇混合液是將0. 25g的氫氧化鋰溶于100mL無水乙醇 中制得；所述乙酸鋅-乙醇混合液是將〇. 625g的乙酸鋅溶于100mL無水乙醇中制得。離心 是在4000r/min下處理20min，洗滌是將沉淀先經(jīng)過去離子水洗2~4次，再經(jīng)過無