[发明专利]一种三维有序介孔Au-TiO2/IO-SiO2薄膜可见光光催化剂及制备方法

权利要求书

1.一种高性能Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜可见光光催化剂，其特征在于，所述的高性 能Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜可见光光催化剂是在IO-SiO₂圆孔网状薄膜的圆孔结构 上负载有Au-TiO₂颗粒，Au-TiO₂颗粒指的是在TiO₂颗粒表面负载有Au，同时 IO-SiO₂圆孔网状薄膜是层状结构的。

2.按照权利要求1所述的一种高性能Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜可见光光催化剂，其 特征在于，圆孔为介孔。

3.制备高性能Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜可见光光催化剂的方法，其特征在于，包括 以下步骤：

(1)利用无皂乳液聚合法合成单分散聚苯乙烯微球(PS)：在反应器中加 入去离子水和乙醇，并通入惰性保护气，搅拌，然后加热，待温度升高到65℃～ 80℃并且稳定后，加入蒸馏过的苯乙烯,半小时后加入过硫酸钾水溶液，搅拌24 h后停止加热，待乳液冷却至室温后，停止搅拌，玻璃纤维过滤除去大颗粒杂质； 随后利用乙醇和去离子水多次离心清洗，得到180nm～500nm的单分散聚苯乙 烯微球；

(2)共组装法制备二氧化硅反蛋白石(IO-SiO₂)：首先配制二氧化硅前驱 液，将正硅酸乙酯、0.1M盐酸、无水乙醇混合均匀得到正硅酸乙酯前驱液；然 后将步骤(1)得到的聚苯乙烯微球溶液配制成聚苯乙烯水溶液，超声分散；将 聚苯乙烯溶液中加入正硅酸乙酯前驱液，混合并超声分散，将所得混合液装在 样品瓶中，用piranha溶液清洗过的玻璃片垂直插入样品瓶中，55℃的恒温箱中 生长2～3天；最后将得到的复合薄膜材料在马弗炉中进行煅烧，去除聚苯乙烯 微球模板，可得到二氧化硅反蛋白石即IO-SiO₂模板；

(3)溶胶-凝胶法制备Au-TiO₂前驱液：将钛酸异丙酯逐滴加入到浓盐酸中， 均匀搅拌一段时间，得到溶液A；将一定量的P123加入到无水乙醇溶液中，然 后加入一定比例的HAuCl₄·4H₂O和适量PVP作为保护剂，然后再加入过量新鲜 配制的NaBH₄溶液还原氯金酸，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合后均匀搅 拌1h；

(4)将制得的Au-TiO₂前驱液滴加在IO-SiO₂模板上陈化1～2天；待陈 化完成后，将薄膜放入马弗炉中煅烧去除有机物，升温速率1℃/min；煅烧完成 后即可得到锐钛矿的三维有序介孔Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜光催化剂。上述煅烧优 选400℃煅烧4h；；

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，步骤(1)中每53ml去离子水对 应137ml乙醇、7ml～10ml苯乙烯、10ml水溶解的0.18g～0.5g过硫酸钾。

5.按照权利要求3的方法，其特征在于，步骤(2)中正硅酸乙酯、0.1M 盐酸、无水乙醇的质量比为1:1:(1～3)；聚苯乙烯水溶液的体积百分数为 0.125％～0.3％；按聚苯乙烯微球水溶液:正硅酸乙酯前驱液的体积比为20： (0.15～0.3)的比例混合并超声分散。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，步骤(2)中正硅酸乙酯、0.1M 盐酸、无水乙醇的质量比为1:1:1.5；聚苯乙烯水溶液的体积百分数为0.125％； 450℃煅烧5小时。

7.按照权利要求3的方法，其特征在于，Au和TiO₂的质量比为0.2wt％～1wt％， Au和PVP用量的摩尔比约为1：(1～1.5)。