一种二氧化钛反蛋白石光子晶体的制备及修饰方法与流程

本发明涉及一种二氧化钛反蛋白石光子晶体的制备及修饰方法。

背景技术：

光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构。这种周期性的排列使光子晶体能够形成类似于半导体禁带的光子禁带，进而可以实现对光子的调控。根据光子晶体对光调制的几何特征，可将其分为：一维光子晶体、二维光子晶体、三维光子晶体。三维反蛋白石光子晶体由于具有大的比表面积、高的连通性、良好的开放性。近年来反蛋白石光子晶体在生物传感、催化、太阳能电池以及电子器件方面都有广泛地应用。纳米结构二氧化钛具有优良的光学、催化和导电性质，广泛应用于工业、食品及环境保护领域。由于纳米二氧化钛又具有高透明性、高折射率，因此是制备三维反蛋白石光子晶体的理想材料。

“胶体模板法制备有序大孔TiO₂材料”（化学学报，2006年第64卷第13期，1389-1392）公开了一种有序大孔TiO₂材料的制备方法，该方法是用V(钛酸丁酯):V(水):V(乙醇):V(盐酸)=5:2:3:1的溶胶浸渍聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体晶体，经过凝胶、陈化，程序升温焙烧后除去PMMA得到有序大孔TiO₂，该方法制备的有序大孔TiO₂材料如图5所示存在较多的表面缺陷，难以获得大面积完整的有序大孔TiO₂。

专利文献CN102336434A公开了一种二氧化反蛋白石结构有序大孔材料的制备方法，其先采用垂直沉积法制备聚苯乙烯蛋白石结构模板，再将模板浸入四氯化钛的盐酸溶液，在模板上缓慢填充水合氧化钛，在填充过程需要保持70～90℃，填充后高温焙烧得到，虽然该能得到有序度更好的二氧化反蛋白石结构，但其制备时需要对垂直沉积法使用的基底基片进行亲水处理，且填充时需要保护较高的温度，操作较为繁杂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种二氧化钛反蛋白石光子晶体的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种二氧化钛反蛋白石光子晶体的制备方法，步骤如下：

（1）采用垂直沉积法在载玻片上制备聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体模版；

（2）采用液相渗透法将二氧化钛前驱体溶液填充到聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体模版的缝隙中，自然风干后，以50℃/h的速度升500℃，烧结得到二氧化钛反蛋白石光子晶体，其中，所述二氧化钛前驱体溶液由钛酸丁酯、乙醇、水和硝酸按体积比为37.5:25:1:1.625组成。

优选地，垂直沉积法的具体过程如下：将洁净的载玻片竖直插入聚甲基丙烯酸甲酯纳米球乳浊液中，在30℃的鼓风干燥箱中放置3天，在载玻片上得到聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体模版。

一种修饰二氧化钛反蛋白石光子晶体的方法，将依上述方法制备的二氧化钛反蛋白石光子晶体用硝酸银溶液浸泡1小时，然后在350℃烧结，得到银修饰的二氧化钛反蛋白石光子晶体。

与现有方法相比，本发明方法可获得大面积高质量完整的二氧化钛反蛋白石光子晶体，且操作更为简单。通过银的修饰，能够有效提高二氧化钛反蛋白石光子晶体的电子迁移率，提高半导体材料的导电和催化性能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体模版的扫描电镜照片；

图2是二氧化钛反蛋白石光子晶体的扫描电镜照片；

图3是银修饰二氧化钛反蛋白石光子晶体的透射电镜照片；

图4是光子晶体的光子带隙曲线。

图5是现有二氧化钛反蛋白石光子晶体的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

（1）聚甲基丙烯酸甲酯纳米球的制备

在100 ml三孔圆底瓶中加入60 ml水，8 ml 甲基丙烯酸甲酯液体， 24 mg过硫酸钾，之后加入三孔圆底瓶中。在95℃油浴锅中反应90分钟后关闭油浴锅，得到聚甲基丙烯酸甲酯纳米球乳浊液。

（2）聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石结构光子晶体模版的生长

在烧杯中加入60 ml水，2.5 ml聚甲基丙烯酸甲酯纳米球乳浊液，取洁净的载玻片竖直插入烧杯中。将烧杯放入30℃的鼓风干燥箱中，放置3天，在毛细管力的作用下在载玻片上制备出聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体模版，扫描电镜照片如图1所示。

（3）二氧化钛反蛋白石光子晶体的制备

将15 ml钛酸丁酯溶解在10 ml无水乙醇中，逐滴加入0.4 ml纯净水，然后再逐滴加入0.65 ml硝酸，并搅拌1小时至溶液澄清，得到二氧化钛前驱体溶液。将澄清溶液旋涂或滴在聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体模版上，通过毛细作用渗透填充到蛋白石光子晶体模版的缝隙中。并将填充后的模板在空气中自然风干后，放入管式炉中，以每小时50℃的速度升温至500℃，保持烧结3个小时。之后自然降温至室温，制备出二氧化钛反蛋白石光子晶体，扫描电镜照片如图2所示。由图2和图5可以看出，本发明方法可获得大面积完整的二氧化钛反蛋白石光子晶体，缺陷更少，光子晶体质量明显提高。

（4）银修饰二氧化钛反蛋白石光子晶体

将850 mg硝酸银溶解于20 ml超纯水中，将制备好的二氧化钛反蛋白石光子晶体浸于硝酸银溶液中，保持1小时，然后将负载有硝酸银的二氧化钛反蛋白石光子晶体放入退火炉中，以每小时100 ℃的速率升温至350 ℃，保持烧结1小时。随后自然降温至室温，制备出银修饰的二氧化钛反蛋白石光子晶体，透射电镜照片如图3所示，光子带隙曲线如图4所示。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。