一种WO3-TiO2薄膜型复合光催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及光催化剂制备技术领域，具体为一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂及其制备方法。

背景技术：

光催化剂通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是改变化学反应速率的化学物质，其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。在早期，也曾经较多使用硫化镉和氧化锌作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。半导体多相光催化法作为一种污染治理新技术越来越受到人们的重视，而光催化剂的活性不高是制约其工业实用化的重要因素。

所以，如何设计一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂及其制备方法，成为我们当前要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂，包括以下重量份的原料：钛酸丁酯20-30份、无水乙醇10-15份、硝酸5-9份、表面活性剂aeo-92-3份、钨酸钠8-12份、负载au纳米粒子的tio2薄膜3-9份、冰醋酸4-6份、去离子水15-22份。

根据上述技术方案，所述负载au纳米粒子的tio2薄膜的制备方法为在室温下将0.5ml的钛酸正丁酯溶液滴加到15ml的无水乙醇中，经过15min超声振荡，得到均匀透明的淡黄色溶液，密闭静置5d进行成胶化，得到具有一定粘度的透明溶胶，利用旋转镀膜法，将透明溶胶涂覆于经稀盐酸清洗的基片上，得到湿凝胶薄膜，通过调节溶胶的粘度来控制薄膜层的厚度，前躯体薄膜在经过自然干燥后，再在空气氛中经过350-550℃温度下热处理1h，得到tio2薄膜，接着将tio2薄膜浸泡到金纳米粒子溶液中，静置2-6h后取出并用水冲洗干净后，放入真空热蒸发蒸镀舱，在真空度为5×10^-5～9×10^-5pa的条件下沉积au纳米粒子，沉积10-15h，制成负载au纳米粒子的tio2薄膜。

根据上述技术方案，所述旋转镀膜法的具体方法为将加工基片水平固定在匀胶机上，滴管垂直基片并固定在基片正上方，将透明溶胶通过滴管滴在匀速旋转的基片上，在匀胶机旋转产生的离心力作用下透明溶胶迅速均匀的铺展在基片表面，基片匀速旋转的转速为2000-4000r/m。

一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)制备a溶液：准确量取4ml钛酸丁酯ti-(obu)4溶于32ml无水乙醇中，搅拌30min，然后在强烈搅拌下，缓慢向该溶液中滴加0.4ml一定浓度的硝酸溶液，再分别加入1.2ml表面活性剂aeo-9和0.4ml的浓硝酸，在1000-1200r/min的转速下搅拌20-25min，得到a溶液；

2)配备钨酸钠水溶液：取钨酸钠粉末10ml加入到30ml的去离子水中，并缓慢滴加稀盐酸直至ph值至6，在700-900r/min的转速下搅拌30-35min，过滤，取上层澄清液，制成钨酸钠水溶液；

3)制备混合溶胶：将1ml的钨酸钠水溶液加入到a溶液中，在1500-1700r/min的转速下搅拌1h后，再加入1ml的冰醋酸，经过超声波震荡5min，得清澈透明的微黄色溶胶；

4)wo3-tio2薄膜型复合光催化剂成型：将预处理过的负载au纳米粒子的tio2薄膜浸入混合溶胶中5min，然后在45度角以3mm/s的速率提拉，湿膜在空气中自然干燥5min后，在红外灯下烤干，即在负载au纳米粒子的tio2薄膜上涂覆薄膜一层，重复上述操作几次，最后放入马弗炉内，在500℃恒温1h，取出自然冷却到室温，称量，便可得到不同层数的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂。

根据上述技术方案，所述步骤1)中负载au纳米粒子的tio2薄膜的预处理方法为取负载au纳米粒子的tio2薄膜放入到马弗炉中在200℃恒温2h，取出称量后放入干燥器中备用。

根据上述技术方案，所述步骤1)中硝酸溶液为1ml浓硝酸与4ml去离子水混合制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在制备tio2薄膜的过程中掺杂au纳米离子，一方面可以降低光生电子-空穴对复合的几率，提高表面羟基浓度，改善tio2的光催化效率，另一方面，由于au纳米离子的光吸收范围比tio2更宽，因此，tio2的吸收波长范围可以扩展到可见光区域，从而可以大大增加对太阳能的转化和利用，同时覆盖有wo3薄膜，能进一步提高光催化剂的光催化活性。

附图说明

图1是本发明的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂的成型流程方框图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1，本发明提供一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂，包括以下重量份的原料：钛酸丁酯20份、无水乙醇10份、硝酸5份、表面活性剂aeo-92份、钨酸钠8份、负载au纳米粒子的tio2薄膜3份、冰醋酸4份、去离子水15份。

根据上述技术方案，负载au纳米粒子的tio2薄膜的制备方法为在室温下将0.5ml的钛酸正丁酯溶液滴加到15ml的无水乙醇中，经过15min超声振荡，得到均匀透明的淡黄色溶液，密闭静置5d进行成胶化，得到具有一定粘度的透明溶胶，利用旋转镀膜法，将透明溶胶涂覆于经稀盐酸清洗的基片上，得到湿凝胶薄膜，通过调节溶胶的粘度来控制薄膜层的厚度，前躯体薄膜在经过自然干燥后，再在空气氛中经过350-550℃温度下热处理1h，得到tio2薄膜，接着将tio2薄膜浸泡到金纳米粒子溶液中，静置2-6h后取出并用水冲洗干净后，放入真空热蒸发蒸镀舱，在真空度为5×10^-5～9×10^-5pa的条件下沉积au纳米粒子，沉积10-15h，制成负载au纳米粒子的tio2薄膜。

根据上述技术方案，旋转镀膜法的具体方法为将加工基片水平固定在匀胶机上，滴管垂直基片并固定在基片正上方，将透明溶胶通过滴管滴在匀速旋转的基片上，在匀胶机旋转产生的离心力作用下透明溶胶迅速均匀的铺展在基片表面，基片匀速旋转的转速为2000-4000r/m。

一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)制备a溶液：准确量取4ml钛酸丁酯ti-(obu)4溶于32ml无水乙醇中，搅拌30min，然后在强烈搅拌下，缓慢向该溶液中滴加0.4ml一定浓度的硝酸溶液，再分别加入1.2ml表面活性剂aeo-9和0.4ml的浓硝酸，在1000-1200r/min的转速下搅拌20-25min，得到a溶液；

2)配备钨酸钠水溶液：取钨酸钠粉末10ml加入到30ml的去离子水中，并缓慢滴加稀盐酸直至ph值至6，在700-900r/min的转速下搅拌30-35min，过滤，取上层澄清液，制成钨酸钠水溶液；

3)制备混合溶胶：将1ml的钨酸钠水溶液加入到a溶液中，在1500-1700r/min的转速下搅拌1h后，再加入1ml的冰醋酸，经过超声波震荡5min，得清澈透明的微黄色溶胶；

4)wo3-tio2薄膜型复合光催化剂成型：将预处理过的负载au纳米粒子的tio2薄膜浸入混合溶胶中5min，然后在45度角以3mm/s的速率提拉，湿膜在空气中自然干燥5min后，在红外灯下烤干，即在负载au纳米粒子的tio2薄膜上涂覆薄膜一层，重复上述操作几次，最后放入马弗炉内，在500℃恒温1h，取出自然冷却到室温，称量，便可得到不同层数的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂。

根据上述技术方案，步骤1)中负载au纳米粒子的tio2薄膜的预处理方法为取负载au纳米粒子的tio2薄膜放入到马弗炉中在200℃恒温2h，取出称量后放入干燥器中备用。

根据上述技术方案，步骤1)中硝酸溶液为1ml浓硝酸与4ml去离子水混合制成。

实施例2：请参阅图1，本发明提供一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂，包括以下重量份的原料：钛酸丁酯30份、无水乙醇15份、硝酸9份、表面活性剂aeo-93份、钨酸钠12份、负载au纳米粒子的tio2薄膜9份、冰醋酸6份、去离子水22份。

根据上述技术方案，负载au纳米粒子的tio2薄膜的制备方法为在室温下将0.5ml的钛酸正丁酯溶液滴加到15ml的无水乙醇中，经过15min超声振荡，得到均匀透明的淡黄色溶液，密闭静置5d进行成胶化，得到具有一定粘度的透明溶胶，利用旋转镀膜法，将透明溶胶涂覆于经稀盐酸清洗的基片上，得到湿凝胶薄膜，通过调节溶胶的粘度来控制薄膜层的厚度，前躯体薄膜在经过自然干燥后，再在空气氛中经过350-550℃温度下热处理1h，得到tio2薄膜，接着将tio2薄膜浸泡到金纳米粒子溶液中，静置2-6h后取出并用水冲洗干净后，放入真空热蒸发蒸镀舱，在真空度为5×10^-5～9×10^-5pa的条件下沉积au纳米粒子，沉积10-15h，制成负载au纳米粒子的tio2薄膜。

根据上述技术方案，旋转镀膜法的具体方法为将加工基片水平固定在匀胶机上，滴管垂直基片并固定在基片正上方，将透明溶胶通过滴管滴在匀速旋转的基片上，在匀胶机旋转产生的离心力作用下透明溶胶迅速均匀的铺展在基片表面，基片匀速旋转的转速为2000-4000r/m。

一种wo3-tio2薄膜型复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)制备a溶液：准确量取4ml钛酸丁酯ti-(obu)4溶于32ml无水乙醇中，搅拌30min，然后在强烈搅拌下，缓慢向该溶液中滴加0.4ml一定浓度的硝酸溶液，再分别加入1.2ml表面活性剂aeo-9和0.4ml的浓硝酸，在1000-1200r/min的转速下搅拌20-25min，得到a溶液；

2)配备钨酸钠水溶液：取钨酸钠粉末10ml加入到30ml的去离子水中，并缓慢滴加稀盐酸直至ph值至6，在700-900r/min的转速下搅拌30-35min，过滤，取上层澄清液，制成钨酸钠水溶液；

3)制备混合溶胶：将1ml的钨酸钠水溶液加入到a溶液中，在1500-1700r/min的转速下搅拌1h后，再加入1ml的冰醋酸，经过超声波震荡5min，得清澈透明的微黄色溶胶；

4)wo3-tio2薄膜型复合光催化剂成型：将预处理过的负载au纳米粒子的tio2薄膜浸入混合溶胶中5min，然后在45度角以3mm/s的速率提拉，湿膜在空气中自然干燥5min后，在红外灯下烤干，即在负载au纳米粒子的tio2薄膜上涂覆薄膜一层，重复上述操作几次，最后放入马弗炉内，在500℃恒温1h，取出自然冷却到室温，称量，便可得到不同层数的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂。

根据上述技术方案，步骤1)中负载au纳米粒子的tio2薄膜的预处理方法为取负载au纳米粒子的tio2薄膜放入到马弗炉中在200℃恒温2h，取出称量后放入干燥器中备用。

根据上述技术方案，步骤1)中硝酸溶液为1ml浓硝酸与4ml去离子水混合制成。

实验例：

实验对象：将本发明实施例所制得的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂作为实验组一，实验组二和实验组三，选取市面上质量普通的光催化剂，如二氧化钛光催化剂为对比组一。

实验目的：测试各组光催化剂的光催化去除量、光催化去除率和光催化空气净化材料性能稳定性。

实验方法：根据国家光催化剂检测标准及国标gbt23761-2009，将本实验组制得的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂与对比组一的二氧化钛光催化剂称取相同的质量，采用专业仪器对各组光催化剂进行光催化去除量、光催化去除率和光催化空气净化材料性能稳定性的测试，并记录实验结果。

实验结果表：

由以上实验结果表可知，本发明制备的wo3-tio2薄膜型复合光催化剂的光催化去除量、光催化去除率和光催化空气净化材料性能稳定性均远高于普通的光催化剂，使其具有良好的催化性能。

基于上述，本发明的优点在于，本发明在制备tio2薄膜的过程中掺杂au纳米离子，一方面可以降低光生电子-空穴对复合的几率，提高表面羟基浓度，改善tio2的光催化效率，另一方面，由于au纳米离子的光吸收范围比tio2更宽，因此，tio2的吸收波长范围可以扩展到可见光区域，从而可以大大增加对太阳能的转化和利用，同时覆盖有wo3薄膜，能进一步提高光催化剂的光催化活性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。