一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光子晶体结构色薄膜制备技术领域，具体涉及一种具有光催化效应的 橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 结构色是由物体的微观结构与可见光发生干涉、散射或者衍射等现象而显色的， 这是一种物理呈色，其具有颜色鲜艳、永不褪色、环境友好、制备周期短等优点。其中通过 胶体微球的有序自组装法，形成的高低折射率交替变化的蛋白石光子晶体，也具有光子带 隙特征，当入射光频率落在带隙范围内时，该入射光将不能通过该光子晶体，这些不能继续 传播的可见光会被光子晶体反射，最后在具有周期性结构的光子晶体表面形成相干衍射， 而产生绚丽多彩的结构色。通过对自然界中和人工制备结构色的研宄，目前已在显示、装 饰、防伪等领域有很好的应用。如中国发明专利申请CN201310205537. 7公开了一种红色光 子晶体结构色釉的制备方法，主要是通过二氧化硅微球的自组装技术在陶瓷坯体表面获得 的，该红色光子晶体结构色有较好的呈色效果。然而，目前对光子晶体结构色薄膜的研宄仅 限于在不同颜色呈色效果的仿制和分析，对多功能性的光子晶体结构色材料，特别是对具 有光催化性能的光子晶体结构色薄膜研宄甚少。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制 备方法，该方法操作简单，对设备要求低，对环境无污染，适合工业化大规模生产，经该方法 制得的橙黄色光子晶体结构色薄膜颜色鲜艳，永不褪色，呈色效果和光催化性能优异。
[0004] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0005] 一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 1)按1: (1~3)的质量比取粒径为252±5nm的SiO^j球粉体和聚乙烯吡咯烷酮， 混合后加水，充分搅拌反应后过滤，将沉淀经洗涤、离心及干燥处理，得到PVP修饰的Si02 微球；按（〇. 1~〇. 25)g :10mL的料液比，将PVP修饰的SiO#j球加入无水乙醇中超声混合 处理，得到含有SiO^j球的乳浊液；
[0007] 2)按1 : (1~2. 5)的质量比取氢氧化锂和乙酸锌，将氢氧化锂和乙酸锌分别用无 水乙醇溶解，搅拌混合均匀，分别得到氢氧化锂-乙醇混合液和乙酸锌-乙醇混合液；将乙 酸锌-乙醇混合液于50~70°C恒温水浴下处理至体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢 氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中，搅拌均匀，制得混合液；
[0008] 3)按1 : (10~14)的体积比，将步骤1)中制得的含有Si02微球的乳浊液滴加到 步骤2)制得的混合液中，充分搅拌反应后过滤，将沉淀经洗涤、离心、干燥处理后，在300~ 450°C热处理2~6h，得到具有光催化功能的Si02@Zn0核壳结构微球；
[0009] 4)将Si02@Zn0核壳结构微球加无水乙醇，配成质量百分比为0. 3~0. 5%的混合 液，将混合液超声分散，制得含有Si02@Zn0核壳结构微球的乳浊液；
[0010] 5)将洁净的玻璃基片垂直放入含有Si02@Zn0核壳结构微球的乳浊液中，于40~ 60°C真空干燥至乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面生成具有光催化效应的橙黄色光子晶体 结构色薄膜。
[0011] 步骤1)是按照每1. 5~2. 0gSi02微球粉体加入100mL水的用量配比向SiOjj 球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后的体系中加去离子水。
[0012] 步骤1)所述的充分搅拌反应是采用磁力搅拌反应2~4h。
[0013] 步骤3)所述搅拌均匀是采用磁力搅拌反应2~6h。
[0014] 步骤1)所述的超声混合处理时间为10~20min。
[0015] 步骤2)所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0. 1~0. 2g的氢氧化锂溶于100mL无 水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0. 1~0. 5g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中 制得。
[0016] 步骤1)和3)所述的离心是在4000~8000r/min下处理10~20min。
[0017] 步骤1)和3)所述的洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2~4次，再经过无水乙醇 清洗2~4次；所述的干燥是在60~80°C下进行。
[0018] 步骤4)所述的超声分散时间为10~30min。
[0019] 步骤5)所述的洁净的玻璃基片是将玻璃基片先在质量浓度为30%的双氧水溶液 中浸泡l〇h，再经过去离子水和无水乙醇清洗2~3次后得到
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0021] 本发明公开的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，首先， 将粒径为252±5nm的Si02微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，经过滤、洗涤、离心干 燥系列处理，得到PVP修饰的Si02微球；然后将PVP修饰的SiO2微球加入无水乙醇中制得 含有Si02微球的乳浊液。其次，配制氢氧化锂-乙醇及乙酸锌-乙醇的混合液，将含有SiO2 微球的乳浊液滴加到该混合液中，经过滤、洗涤、离心干燥系列处理，制得具有光催化功能 的Si02@Zn0核壳结构微球，该Si02@Zn0核壳微球的粒径为270 ± 5nm，其结构中内核与外壳 之间界面的存在使得催化降解效率增强。在SiO#j球制备过程中引入的ZnO壳层，不仅提 高了核壳微球的有效折射率，使得其橙黄色结构色更加明显，而且实现了光子晶体结构色 薄膜对甲基橙的光催化降解功能。最后，采用垂直沉积法，使Si02@Zn0核壳结构微球在玻璃 基体表面自组装成橙黄色光子晶体结构色薄膜，该结构色薄膜呈现出周期性紧密排列，且 该结构色橙黄色薄膜颜色亮丽，不易褪色，解决了黄色染料使用时存在的氧化铁黄、铬黄等 颜料对人体和环境的危害。本发明工艺过程简单易行，对环境无污染，能大规模工业生产， 具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0022] 图1为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的光学照片；
[0023] 图2为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的X射线衍射图；
[0024] 图3为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的扫描电镜图；
[0025] 图4为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的反射光谱图；
[0026] 图5为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的甲基橙光催 化降解图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0028] 本发明公开的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，采用的 技术方案为：
[0029] 首先，将Si02微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，搅拌反应后，过滤，将沉淀 物经洗涤、离心及干燥处理，得到PVP修饰的Si02微球；将PVP修饰的SiO2微球加入无水乙 醇中超声混合处理，得到含有SiOjj球的乳浊液；
[0030] 其次，配制氢氧化锂-乙醇混合液及乙酸锌-乙醇混合液；将乙酸锌-乙醇混合液 于恒温水浴下处理至体系温度稳定后，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合 液中，搅拌均匀，制得混合液；将含有Si02微球的乳浊液滴加到该混合液中，充分搅拌反应 后，过滤，沉淀物经洗涤、离心、干燥处理后，再经热处理，制到具有光催化功能的Si02@Zn0 核壳结构微球；
[0031] 再次，将Si0