[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

说明书

技术领域

本发明涉及三维有序介孔Au-TiO2/IO-SiO₂可见光光催化剂制备及其应用领域。该方法 制备出的催化剂特别适用于可见光照射下降解有机染料(如：盐酸四环素)，且催化降解效 果良好。

背景技术

随着全球经济的发展和工业化的进程速度加快，人类的能源的需求也大量增加。虽然 在发展方面取得了很多成就，但对能源的过度的开采利用已经破坏了大自然的平衡，导致能 源危机。而另一方面，工业化带来的废水废气污染让地球不堪重负，环境问题已经成为了地 球人最应该关心也最急需解决的头等问题。所以，作为保护和治理环境的一个主要途径，寻 找清洁的，可再生的，对环境友好的能源变成了当今最重要的一个研究课题。1972年， Fujishima和Honda发现在光的照射下，二氧化钛能使水分解产生氢气。从此，二氧化钛和 光催化进入了大家的视野。相比于其它的半导体材料如WO₃、ZnS、CdS等，TiO₂由于价廉 无毒、化学性能稳定、耐腐蚀并具有很高的活性。总之，在光催化半导体材料的研究中， TiO₂是最有应用前景的一种催化材料。不仅如此，在光催化领域外，TiO2的作用还有很多， 如太阳能电池、制备气敏或湿敏传感器、制备防污自清洁材料、用于生物复合涂料等等。

虽然TiO₂有着诸多优点，但是TiO₂也有其自身的局限性。广泛应用的TiO₂为锐钛矿， 其禁带宽度是3.2ev，只能利用太阳光中不到5％的紫外光，这使得TiO2对太阳能的利用效 率非常低。因此，如何使TiO₂能充分有效利用太阳能变成了光催化领域的研究热点。

目前文献所报道的方法中，首先可以利用物理方法，将二氧化钛制成光子晶体的结构， 也就是微球阵列的蛋白石结构。由于光子晶体具有多重散射效应和慢光子效应，能有效加强 光的散射，增加光程，提高二氧化钛材料对光的吸收率。另外，还可以使用化学方法对二氧 化钛材料进行改性，如非金属或过渡金属离子的掺杂，贵金属的沉积，与其它半导体材料的 复合等等。这些方法都能很好地降低二氧化钛的禁带宽度，降低二氧化钛材料内部电子和空 穴的复合率，使其在可见光下也能被激发具有光催化性能。目前在贵金属沉积的研究中，被 使用的最多的贵金属是铂，当然金和银也被广泛的使用。Rupa利用溶胶-凝胶法合成二氧化 钛，并利用光沉积法向二氧化钛表面上沉积贵金属，分别沉积了金、银和铂后进行了光催化 性能测试后发现沉积了三种贵金属的二氧化钛都纯的二氧化钛材料要好，而对二氧化钛光催 化性能提升最大的是金，其次是银，最后是铂。

本发明将三维有序光子晶体引入介孔材料中，以SiO₂反蛋白石和表面活性剂P123为模 板，利用溶胶-凝胶和化学还原法相结合，制备三维有序Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜可见光光催化 剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能三维有序介孔Au-TiO₂/IO-SiO₂薄膜光催化剂及制备 方法。

本发明所述的高性能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。

所述的圆孔为介孔。

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