[发明专利]一种基于TiO2

说明书

本发明公开了一种基于TiO₂/SiO₂骨架的四元光子晶体材料，包括反蛋白石结构TiO₂/SiO₂骨架、金纳米颗粒和反蛋白石结构CdS。所述反蛋白石结构TiO₂/SiO₂骨架具有成分和尺寸连续可调的特性；所述金纳米颗粒分布于整个四元光子晶体材料中，具有电子传输协同作用和表面等离子体共振效应；所述反蛋白石结构CdS具有拓展和增强可见光吸收特性。该四元光子晶体材料可表现出优异的光催化性能；且涉及的制备方法简单，产物尺寸和组成可调，适合推广应用。

技术领域

本发明涉及纳米光催化材料技术领域，具体涉及一种基于TiO₂/SiO₂骨架的四元光子晶体材料及其制备方法。

背景技术

光子晶体作为一种三维有序多孔材料，能大大增加材料的比表面积，使光与材料充分接触，并且由于光在材料内部的多重散射，材料对光的吸收效率得以提高。与此同时，在接近光子带隙的边缘位置，光子群速度由于慢光效应会显著降低，从而进一步增加了材料与光接触的时间，提高了材料对光的整体利用率。因此制备出具有光子晶体结构的光催化剂对于提升光催化性能具有重要意义。

目前，现有的提升光子晶体光催化性能的方法为采用复合手段，如：将光子晶体与染料分子复合，利用染料的光敏性提升对光的吸收与利用(G.Z.Liao,S.Chen,X.Quan,H.Chen and Y.B.Zhang,Environ.Sci.Technol.,2010,44,3481.)；将光子晶体与贵金属复合，利用表面等离子体共振效应与慢光子晶体效应耦合，增强光子与材料的相互作用等。

然而光子晶体与染料复合之后，在光催化反应的过程中，染料不稳定，易被降解；贵金属价格昂贵，提高了催化剂的成本，但是负载少量的贵金属又不利于性能的提升，并且不能扩展光吸收范围；金属氧化物构成的光子晶体本身透光性、亲水性差，影响了性能的提升。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于TiO₂/SiO₂骨架的四元光子晶体材料及其制备方法；该四元光子晶体材料以具有反蛋白石结构的TiO₂/SiO₂为骨架，并依次负载金纳米颗粒和CdS而成，可表现出优异的光催化性能；且涉及的制备方法简单，产物尺寸和组成可调，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于TiO₂/SiO₂骨架的四元光子晶体材料，它自内而外依次包括具有反蛋白石结构的 TiO₂/SiO₂骨架、金纳米颗粒和具有反蛋白石结构的CdS。

上述方案中，所述基于TiO₂/SiO₂骨架的四元光子晶体材料具有规则的多孔结构，包括大孔、介孔，其中大孔呈面心立方密堆形式，大孔尺寸为250～380nm；大孔之间孔孔相连，形成介孔，介孔尺寸为11～17nm。

上述方案中，所述金纳米颗粒尺寸为25～35nm。

上述方案中，所述四元光子晶体材料中(SiO₂+TiO₂)、Au、CdS之间的质量比为 (70～80):1:(19～29)。

优选的，所述TiO₂/SiO₂骨架由TiO₂包覆在反蛋白石结构的SiO₂骨架表面而成，其中TiO₂含量为1～2.5wt％。

更优选的，所述TiO₂/SiO₂骨架中二氧化钛含量为2～2.5wt％。