一种具有光催化效应的绿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 绿色光子晶体结构色薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 光子晶体结构色的产生是因为光子晶体材料中光子带隙的存在，当带隙范围落在 可见光范围内时，特定频率的可见光将不能通过蛋白石光子晶体继续传播，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， 这些很窄波段的光最后被人眼睛感知，而呈现出绚丽多彩的结构色。对自然界中的蛋白石、 甲虫、蝴蝶等结构色研宄后可以发现，这类材料具有永不褪色、颜色鲜艳、饱和度高、环境友 好等优点日益受到国内外研宄者的关注。目前，对不同颜色结构色薄膜的研宄和制备已经 获得很好的发展，如中国发明专利申请CN201310205597. 9公开了一种蓝绿色光子晶体结 构色薄膜的制备方法，是用二氧化硅微球的自组装技术在玻璃基板表面获得的，该蓝绿色 光子晶体结构色薄膜有较好的呈色效果。然而，目前对于光子晶体结构色薄膜的多功能化 研宄，特别是在光催化降解方面却鲜有报道。
【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绿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 得的绿色光子晶体结构色薄膜颜色亮丽，不易褪色，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绿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. 5~3)的质量比取粒径为228±5nm的SiO#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（0. 1~0. 25)g :10mL的料液比，将PVP修饰的Si02微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 : (0. 5~2. 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~ 500°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5102财11〇核壳结构微球加无水乙醇，配成质量百分比为0.35~0.55%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绿色光子晶体结 构色薄膜。
[0011] 步骤1)所述的充分搅拌反应是采用磁力搅拌反应2~4h。
[0012] 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SiO2微 球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后的体系中加去离子水。
[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. 15~0. 25g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. 075~0. 625g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绿色光子晶体结构色薄膜的制备方法，首先，将 粒径为228±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，该核壳结构微球的粒径为246±5nm，由于核壳结构中内核与 外壳之间界面的存在使得催化降解效率增强。在SiOjj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，使得其绿色结构色更加明显，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绿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 该结构色绿色薄膜颜色亮丽，不易褪色，解决了绿色染料使用时存在的氧化铜、氧化铬绿等 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绿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绿色结构色薄膜的X射线衍射图；
[0024]图3为实施例1所得具有光催化效应的绿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绿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绿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绿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Si02@Zn0核壳结构微球加无水乙醇，经超声分散，制得含有Si02@Zn0核 壳结构微球的乳池液；
[0032] 最后，将玻璃基片采用垂直沉积法，生成具有光催化效应的绿色光子晶体结构色 薄膜。
[0033] 本发明所述的Si02微球粉体的粒径为228±5nm，且该粒径为228±5nm的SiO2微 球是通过Stdber法制备的。制得的Si02@Zn0核壳结构微球的粒径为246±5nm。
[0034] 实施例1
[0035] 一种具有光催化效应的绿色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0036] (1)按质量比为1:3称取粒径为228±5nm的Si02微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)若干克，混合均匀后放置到烧杯中，按照每2. 0gSi02微球粉体加入100mL水的用量 配比向烧杯中加入去离子水，磁力搅拌混合，反应4h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥， 即可得到PVP修饰的Si02微球；
[0037] 其中，离心是在6000r/min下处理15min，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；干燥是在60°C下进行。
[0038] (2)准确称量步骤（1)得到经PVP修饰的Si02微球0?25g，加入至10mL的无水乙 醇中超声混合20min，得到有SiO#j球的乳浊液。
[0039] (3)按质量比为2. 5:1称取乙酸锌和氢氧化锂若干克，分别将其溶解到无水乙醇 中，搅拌混合均匀；随后将乙酸锌-乙醇混合液放置到60°C恒温水浴中，待体系温度稳定 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；接下来将步骤（2)中制得的乳浊液滴加到混合液中，磁力搅拌反应4h后过滤，将 沉淀物经洗涤、离心、干燥，并在300°C热处理6h后，即可得到具有光催化功能的Si02@Zn0 核壳结构微球；
[0040] 其中，所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0. 25g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇 中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将〇. 625g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。离心 是在4000r/min下处理20min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2~4次，再经过无