一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜制造技术

本发明专利技术涉及一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，所述光催化薄膜包括碱金属钨青铜，所述碱金属钨青铜的化学式为MWO3‑x，其中M为Li、Na、K、Cs中的至少一种，0≤x＜1。本发明专利技术将碱金属钨青铜制备成光催化薄膜的形式，在紫外光及部分可见光照射下，锂（钠、钾、铯）钨青铜等主要通过带间激发产生电子和空穴，产生的电子迁移到薄膜表面，与附着的有机物或/和无机物结合，以达到氧化或还原污染物的目的。

A photocatalytic thin film with full spectral response characteristics

The present invention relates to a photocatalytic thin film with full spectral response characteristics. The photocatalytic thin film includes alkali tungsten bronze. The chemical formula of the alkali tungsten bronze is MWO3_x, in which M is at least one of Li, Na, K and Cs, 0 < x < 1. In the present invention, alkaline tungsten bronze is prepared into photocatalytic film. Under ultraviolet light and part of visible light, lithium (sodium, potassium, cesium) tungsten bronze mainly generates electrons and holes through interband excitation, and the electrons generated migrate to the surface of the film, and combine with the attached organic matter or/or inorganic matter to achieve oxidation or return. The purpose of the original pollutant.

【技术实现步骤摘要】
一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜
本专利技术涉及一种具有全光谱波段响应的光催化薄膜，属于光催化薄膜领域。
技术介绍
近年来，利用太阳光、室内光吸附环境污染物质将其分解除去、或者对附着于表面的污垢表现出自清洗作用的光催化剂被关注。已知的光催化活性材料是二氧化钛，但氧化钛的带隙大，激发需要紫外光，在可见光和红外光条件下不具有催化能力，催化效果有限。因此，以氧化钛为原料的光催化剂材料在紫外线量极其少的室内环境中不能发挥光催化剂效果。以可见光和红外光作为激发源的新型光催化材料成为新的研究热点。2015年，山东师范大学的崔冠伟等合成了WO2-NaxWO3粉体，拉开了利用碱金属钨青铜红外光进行光催化的序幕，后中国科学院上海硅酸盐研究所的张玲等研究员研究了氢钨青铜与氧化钨复合粉体在红外光照射下的催化反应。目前对碱金属钨青铜的研究主要集中在碱金属钨青铜粉体与其他半导体粉体复合，而且主要为钠钨青铜和铯钨青铜，其他单一碱金属钨青铜的研究工作不多。这是情理之内的，粉体由于具有较大的比表面积，因此催化效率更高，与其他粉体复合，能发挥碱金属钨青铜和其他半导体的双重效应，而且钠钨青铜和铯钨青铜对红外光的吸收效果更好。但是，粉体由于其本身分散，不具有附着固定性，容易造成二次污染等问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于利用碱金属钨青铜制备一种具有全光谱响应的光催化薄膜材料。本专利技术提供了一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，所述光催化薄膜包括碱金属钨青铜，所述碱金属钨青铜的化学式为MWO3-x，其中M为Li、Na、K、Cs中的至少一种，0≤x＜1。本专利技术将碱金属钨青铜制备成光催化薄膜的形式，在紫外光及部分可见光照射下，锂(钠、钾、铯)钨青铜等主要通过带间激发产生电子和空穴，产生的电子迁移到薄膜表面，与附着的有机物或/和无机物结合，以达到氧化或还原污染物的目的。而在可见光和红外光照射下，锂(钠、钾、铯)钨青铜等由于存在等离子体共振和极化子吸收，在光相互作用产生电子，而产生的电子迁移到薄膜表面，与附着的有机物或/和无机物结合，从而达到氧化消除污染物的目的。较佳地，所述M为Li、Na、K、Cs中的至少两种，优选为Li、Na、K、Cs中的两种。本专利技术中，光催化薄膜的组成可以是锂钨青铜和钠钨青铜，锂钨青铜和钾钨青铜，锂钨青铜和铯钨青铜，钠钨青铜和钾钨青铜，钠钨青铜和铯钨青铜，钾钨青铜和铯钨青铜等。较佳地，所述光催化薄膜在紫外光、可见光、和红外光照射下，均能产生光催化效果。较佳地，所述光催化薄膜的厚度至少10nm，优选为10～100nm。另一方面，本专利技术所述具有全光谱响应特性的光催化薄膜的方法，包括但不仅限于磁控溅射法，旋涂法，离子喷涂法、化学气相沉积法或涂布法。较佳地，所述磁控溅射法包括：基体的表面清洗和干燥；选用碱金属钨青铜陶瓷靶材，以氩氧混合气为反应气体，控制溅射功率在1.0～3w/cm2，氧气比例在3～8％，溅射压力0.2～2.0pa，溅射时间10～30分钟，在基体表面制备得到所述的光催化薄膜。又，较佳地，将所得光催化薄膜置于真空中，升温至300～700℃后退火处理1～30分钟。又，较佳地，所述升温的速率为3～5℃/s。第三方面，本专利技术还提供了一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜在光催化降解污染物中的应用。第四方面，本专利技术还提供了一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜在光催化分解水中的应用。本专利技术所制备的锂(钠、钾、铯)钨青铜等薄膜材料，相对于氧化钛光催化剂，其不论是在紫外光、可见光还是红外光照射下，均能起到光催化的效果，而且薄膜材料依托基体，不会二次污染环境，不向环境扩散。本专利技术制备的所述光催化薄膜能够在催化效率变化不大的(略低于粉体材料)同时，还能大幅度降低纳米粉体颗粒的安全隐患。本专利技术中对于薄膜的制备方法不做限定，即不限于磁控溅射法，旋涂法，离子喷涂法，涂布法等。本专利技术中，所述薄膜可以和既有建筑汽车结合，达到广泛应用的目的。附图说明图1为本专利技术中光催化薄膜的物理结构示意图；图2为实施例1制备的光催化薄膜的XRD衍射图；图3为实施例1制备的光催化薄膜在紫外光照射下光催化降解污染物，其污染物浓度与时间关系图；图4为实施例1制备的光催化薄膜在可见光照射下光催化降解污染物，其污染物浓度与时间关系图；图5为实施例1制备的光催化薄膜在红外光照射下光催化降解污染物，其污染物浓度与时间关系图；图6为实施例2制备的光催化薄膜在可见光照射下分解水，产生氢气和氧气的浓度随时间变化关系图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术提供一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，所述薄膜主要成分是锂钨青铜(LiWO3-x、0≤x＜1)、钠钨青铜(NaWO3-x、0≤x＜1)、钾钨青铜(KWO3-x、0≤x＜1)、铯钨青铜(CsWO3-x、0≤x＜1)中的一种或几种混合。本专利技术中所述光催化薄膜的厚度至少10nm，优选为10～100nm。所述薄膜的主要特性是具有全光谱响应光催化特性，即当紫外光、可见光、红外光照射在其表面时，均能产生光催化效果，尤其是在红外光(波长850到3000nm)照射下仍表现出催化活性。本专利技术中，所述光催化薄膜的结构如图1所示，图1中“1”为薄膜平面示意图，“2”为光催化薄膜截面示意图。本专利技术中可采用旋涂、喷涂、磁控溅射、等离子喷涂、化学气相沉积等制备方法制备所述催化薄膜。相对于TiO2为基以紫外光和部分可见光为激发源的催化材料，其具有更高的太阳光利用率，更宽泛的太阳光响应范围。以磁控溅射法为例说明本专利技术中制备具有全光谱响应特性的光催化薄膜的方法。基体，如玻璃等，表面清洗与干燥。选用碱金属钨青铜陶瓷靶，溅射电源可以采用直流。溅射时功率控制在1.0w/cm2～3w/cm2之间。采用氩氧混合气作为工作反应气体，氧气比例控制在3％到8％之间。压力控制在0.2pa到2.0pa之间。预溅射除去靶材表面杂质。采用上述数据先在基体表面预溅射5～10分钟以除去靶材表面杂质。正式溅射。采用上述数据开始在基体表面正式溅射10～30分钟，得到所述光催化薄膜。将溅射好的薄膜放入快速退火炉中快速退火。退火时，腔体抽真空，采用3～5℃/s的升温速率，加热到300℃～700℃之间，保温1～30分钟后，室温冷却。本专利技术中采用薄膜形式的光催化材料具有易于回收，不产生二次粉体污染等特性，可用于光催化，应用广泛。下面进一步例举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。实施例1玻璃基体表面清洗与干燥；将玻璃基体用洗涤精清洗，去除表面油污，后清水超声冲洗，最后放入干燥箱干燥。选用钠钨青铜陶瓷靶材，溅射电源可以采用直流。溅射时功率控制在2w/cm2，采用氩氧混合气作为工作反应气体，纯度优于99％，氧气比例控制在5％，压力控制在1pa之间；预溅射5分钟除去靶材表面杂质；正式溅射20分钟后，得到厚度为50nm的光催化薄膜；将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包括碱金属钨青铜，所述碱金属钨青铜的化学式为 MWO3‑x，其中M为Li、Na、K、Cs中的至少一种，0≤x＜1。

【技术特征摘要】
1.一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包括碱金属钨青铜，所述碱金属钨青铜的化学式为MWO3-x，其中M为Li、Na、K、Cs中的至少一种，0≤x＜1。2.根据权利要求1所述的光催化薄膜，其特征在于，所述M为Li、Na、K、Cs中的至少两种，优选为Li、Na、K、Cs中的两种。3.根据权利要求1或2所述的光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜的厚度至少10nm，优选为10～100nm。4.根据权利要求1-3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛云川，曹逊，李荣，纪士东，包山虎，金平实，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31