技术领域本发明涉及一种纳米材料的制备工艺，特别是涉及一种光催化薄膜的制备方法，应用于光催化降解材料领域。
背景技术：
随着社会的发展，环境污染问题越来越凸显，如煤电厂排放的废烟废气，化工厂排放的有害身体健康的有机物，机动车产生的尾气等等，已经严重威胁到人们的身体健康，所以解决环境污染问题刻不容缓。利用太阳光降解水中的污染物越来越受到重视，常见的光催化材料有二氧化钛、氧化锌、硫化镉等，其中以二氧化钛最具发展潜力。二氧化钛有三种晶型，分别是锐钛矿型、金红石型和版钛矿型，其中有光催化活性的是锐钛矿型和金红石型。二氧化钛作为一种极具潜力的光降解污染物的材料，以其无毒、廉价、高催化活性受到越来越多人的关注。二氧化钛光催化降解有机污染机理如下：二氧化钛是一种优良的半导体，当波长小于387nm的光照射其时会激发二氧化钛价带上的电子使其跃迁至导带上去。这时在价带上就产生了光生空穴，导带上则是光生电子。光生电子和空穴具有很强的还原氧化能力，以至于会与吸附在二氧化钛薄膜表面的水和氧气反应产生枪击自由基和氧负离子，这些物质很容易与二氧化钛周围的有机物反应，最终将其降解掉。其各个步骤反应方程式如下：TiO2+hv→TiO2（h++e-）(1)OH-/H2O+h+→.OH(2)O2+e-→.O2(3).OH/O2+有机污染物→H2O+CO2(4)目前制备的二氧化钛材料的活性、使用寿命和光量子产率还不是很理想，不利于在处理污染物领域中大规模应用。
技术实现要素：
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种二氧化钛纳米半导体光催化薄膜的制备方法，能制备出一种高活性、无毒、廉价、使用寿命长的二氧化钛半导体光催化薄膜。本发明制备得到的高性能催化降解水中有机物二氧化钛纳米半导体薄膜，比通常同等的光催化材料具有更高的催化活性，为常规光催化材料光催化活性的的2~3倍，有很高的光量子产率。为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：一种二氧化钛纳米半导体光催化薄膜的制备方法，包括如下步骤：1）制备二氧化钛溶胶凝胶溶液；优选采用四异丙醇钛、四氯化钛和钛酸丁酯中任意一种原料或任意几种原料的混合含钛材料制备二氧化钛溶胶凝胶溶液；作为优选的技术方案，采用含钛原料溶于盐酸中，并慢慢加入P123的乙醇溶液，将混合溶液搅拌至均匀，得到二氧化钛溶胶凝胶溶液；2）采用在所述步骤a中制备的二氧化钛溶胶凝胶溶液，在基底上通过浸渍提拉法(Dip-coating)或旋涂方法(Spin-coating)制得厚度为100~200nm的二氧化钛光催化薄膜，放置36～60h备用；制备二氧化钛光催化薄膜时，优选采用的基底为刚性材料；进一步优选采用的基底的材料为玻璃、硅、石英或金属；3）将在所述步骤b中制备的光催化薄膜进行煅烧活化，对光催化薄膜的煅烧温度为375～425℃，煅烧时间为4～6h，光催化薄膜经过煅烧后续处理固化后，自然冷却至室温即可得到二氧化钛纳米半导体光催化薄膜。对光催化薄膜进行煅烧时的一种温度控制方法是优选采用程序升温方式；对光催化薄膜进行煅烧时的另一种温度控制方法是优选采用非程序升温方式。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本发明制备得到的二氧化钛纳米半导体薄膜能高性能光催化降解水中有机物，比通常同等的光催化材料具有更高的催化活性，为常规光催化材料光催化活性的2~3倍，有很高的光量子产率；2.本发明制备得到高性能催化降解水中有机物二氧化钛纳米半导体薄膜，二氧化钛原料取材丰富，基底涉及材料广泛，如普通玻璃、硅、石英、金属片等刚性材料等，基底适用的材料广泛，具有更长的使用寿命；3.本发明制备方法简单，所用的原料无毒、环保、成本低，所用的设备简单，有利于在处理水污染物领域中大规模应用。附图说明图1为本发明实施例一的二氧化钛纳米半导体薄膜制备方法流程图。图2为本发明实施例一的二氧化钛纳米半导体薄膜结构示意图。图3为本发明实施例一的二氧化钛纳米半导体薄膜扫描电镜图片。图4为本发明实施例一的二氧化钛纳米半导体薄膜光催化特性测试结果图。具体实施方式本发明的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，参见图1～4，一种二氧化钛纳米半导体光催化薄膜的制备方法，包括如下步骤：1）将10.5g的Ti(O-i-C3H7)4（四异丙醇钛）溶于7.4g的质量百分比浓度为37wt%的HCl溶液中；2）将2.0g的平均分子量为5800的P123三嵌段共聚物溶于30.0g无水乙醇中；3）将所述步骤2)得到的溶液慢慢加入所述步骤1)中，搅拌至均匀，制备二氧化钛溶胶凝胶溶液；4）采用在所述步骤3）中制备的二氧化钛溶胶凝胶溶液，在洗净的尺寸为2.5cm*8cm的普通玻璃片基底上通过浸渍提拉法制得厚度为148nm的二氧化钛光催化薄膜，放置48h备用；3）将在所述步骤b中制备的光催化薄膜进行煅烧活化，采用程序升温方法，对光催化薄膜的煅烧温度为400℃，煅烧时间为4h，光催化薄膜经过煅烧后续处理固化后，自然冷却至室温即可得到二氧化钛纳米半导体光催化薄膜。本实施例方法反应步骤图如图1所示，由本实施例方法制得的半导体二氧化钛光催化纳米膜结构如图2所示，由示意图2可知基底为普通玻璃，介孔二氧化钛薄膜覆盖在普通玻璃表面。在扫描电镜下看到的微观结构如图3所示，由图3可知通过上述方法合成的二氧化钛确实属于介孔结构。最后对处理后的半导体二氧化钛光催化纳米薄膜进行光降解测试，测试结果如图4所示，由图4可知当光照时间达到25min时污染物的降解率达到90%以上。本实施例通过浸渍提拉在玻璃基底上覆盖一层100~200nm厚的光催化薄膜，并经过煅烧后续处理得到催化性能优异材料。本实施例制备简单、条件温和、工艺参数简单、成本较低。本实施例所制备出的光催化材料具有很高的光催化活性。这种高性能的光催化薄膜适用于室外建筑玻璃幕墙、灯具等区域，适应未来降低环境污染的发展趋势，具有非常可观的应用前景。实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：在本实施例中，二氧化钛纳米半导体光催化薄膜的制备方法，包括如下步骤：1）本步骤与实施例一相同；2）本步骤与实施例一相同；3）本步骤与实施例一相同；4）采用在所述步骤3）中制备的二氧化钛溶胶凝胶溶液，在洗净的尺寸为2.5cm*8cm的普通玻璃片基底上通过旋涂方法制得厚度为148nm的二氧化钛光催化薄膜，放置48h备用；3）本步骤与实施例一相同。本实施例采用旋涂方法同样可以得到二氧化钛纳米半导体光催化薄膜，制备工艺简单。上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明二氧化钛纳米半导体光催化薄膜的制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。