一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于结构色材料制备技术领域，公开了一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料及其制备方法。首先采用改进的

A photocatalytic amorphous photonic crystal structural color material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料及其制备方法
本专利技术属于结构色材料制备
，涉及一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料及其制备方法。
技术介绍
结构色源于材料微观纳米结构与特定波长的光作用产生光的散射、衍射和干涉。光子晶体和非晶光子晶体结构均可以产生不同色调的结构色。光子晶体是具有光子带隙的周期性介电结构的排列组合，结构色的呈现是可见光波段内的光子在禁带区域发生布拉格衍射和散射所致，调控介电常数可以调节结构色的颜色与色度。一般制备的光子晶体的结构单元是白色粉体，其必须在自组装成六方紧密堆积结构之后才能具有明亮的结构色(CN103288491A)，因此光子晶体的功能化应用受到微纳结构排列的限制而无法实现大批量的生产和应用(CN104829141A、CN104817282A)。同时光子晶体结构产生的颜色具有虹彩效应和强的紫外反射作用，限制了其在平面显示和光电转换方面的应用。研究者们通常采用炭黑原料制备无角度依赖性结构色料，超细炭粉作为黑色衬底可以吸收光子晶体产生的非相干散射光，但黑度对不同色调的呈现影响复杂，掺杂过程中炭粉的用量需要精准控(CN107121714A)。同时，光子晶体结构单元在制备过程中使用有机物引入的碳元素能产生具有高色彩饱和度的结构色料，但是色料在高温氧化环境下会受到破坏，限制了这种无角度依赖结构色料的适用范围(CN105174302A、CN105174301A)。非晶光子晶体结构因其短程无序的结构可以呈现无角度依赖的结构色，色彩柔和，使用范围广泛，但是迄今为止，具有光催化效应的无角度依赖的结构色材料还鲜为人知，未曾有研究者对此进行探索报道。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料及其制备方法，制备的无角度依赖的结构色材料色彩明亮且光催化性能优异，填补了无角度依赖的结构色材料在光催化功能方向发展的空白。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，包括以下步骤：1)SiO2微球的制备将正硅酸乙酯的乙醇溶液滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.2-0.8mol/L，正硅酸乙酯浓度为0.4-1.2mol/L，搅拌反应，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO2微球粉体；2)SiO2微球的修饰将SiO2微球粉体分散在乙醇与乙腈的混合溶液中，加入氨水混合均匀，得到氨水修饰的SiO2微球的乳浊液；3)SiO2@TiO2材料的制备将钛酸丁酯溶解于乙醇与乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2)制得的乳浊液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、干燥处理，得到前驱体；在保护气氛下，将前驱体进行热处理，得到具有光催化效应的SiO2@TiO2非晶光子晶体结构色材料。优选的，根据权利要求1所述的具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，反应温度为25～40℃，反应时间为2～8h。优选的，步骤2)中，SiO2微球粉体和氨水的用量比例为(0.1-0.5)g：0.5mL。优选的，步骤3)中，钛酸丁酯和SiO2微球粉体的比例为(1～3)mmol：(0.1-0.5)g。优选的，步骤3)中，热处理是在450～550℃烧结2～6h。优选的，步骤3)中，保护气氛是氩气。优选的，步骤3)中，充分反应具体是：在室温下反应1～10h。优选的，步骤1)和3)中，所述的洗涤是将沉淀先水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次，所述的干燥是在40～80℃下进行。优选的，步骤3)所述的离心是在4000～8000r/min下处理10～20min。采用所述的制备方法制得的具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术用溶胶凝胶法制备得到SiO2微球粉体，之后在SiO2微球表面负载TiO2，热处理后得到具有光催化功能的SiO2@TiO2非晶光子晶体结构生色材料。制备过程中，通过选择特定的温度、氨水用量和正硅酸乙酯的浓度控制SiO2微球尺寸，使得到的SiO2微球粒径均一，单分散性好且粒径可控的SiO2微球可以为制备球形度高的核壳结构的SiO2@TiO2纳米微球奠定基础。SiO2@TiO2纳米微球作为非晶光子晶体的结构单元，空气中热处理后是白色粉体，但是在保护气氛处理时因为介孔结构的TiO2壳层可以引入氧缺陷，产生黑色背底可以吸收非晶光子晶体中的多重散射光，从而体现非晶光子晶结构色的高色彩饱和度和永不褪色的特点。同时，氧空位和Ti3+的出现使光催化剂表面的电子浓度大于空穴，提高电子和空穴的分离率并降低TiO2的禁带宽度，使在可见光激发后易产生电子-空穴对，提高光催化效率。本专利技术具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料没有黑色物质掺杂，但色彩饱和度高，且光催化效果优于P25。本专利技术具有光催化特性的无角度依赖的非晶光子晶体结构色材料在使用过程中可以取代传统色料，同时达到降解环境中的污染物的双重功能，在色料产业环保发展中有很大的应用前景。本专利技术方法工艺流程简单，生产无污染，可以大批量生产，通过该方法生产的无角度依赖的结构色材料色彩明亮且光催化性能优于市场销售的P25，满足色料产业环保发展需求。本专利技术制备的SiO2@TiO2非晶光子晶体结构色材料，为核壳结构，TiO2纳米晶粒包覆在二氧化硅表面，没有黑色物质掺杂，但色彩饱和度高，实验证明，其光催化效果优于现有光催化剂P25。附图说明图1为实施例1和对比例1实物对比图，(a)对比例1制备的SiO2@TiO2白色粉末，(b)实施例1制备的SiO2@TiO紫色粉末；图2为实施例1制备的SiO2@TiO2紫色粉末和对比例1制备的SiO2@TiO2白色粉末X射线衍射图；图3为实施例1制备的SiO2@TiO2非晶光子结构色材料的EDS能谱图；图4为实施例1制备的SiO2@TiO2非晶光子结构色材料在场发射扫描电镜下放大100k的SEM图；图5为实施例1制备的SiO2@TiO2非晶光子结构色材料在场发射扫描电镜下放大10k的SEM图，插图为二维傅里叶转换图；图6为实施例1所得具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的的罗丹明B的光催化降解图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术公开的具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，包括如下步骤：1)尺寸可控的SiO2微球的制备取氨水溶于无水乙醇混合0.5h，取正硅酸乙酯溶于无水乙醇混合0.5h，然后，将正硅酸乙酯的乙醇溶液滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.2-0.8mol/L，正硅酸乙酯浓度为0.4-1.2mol/L，25～40℃恒温搅拌2～8h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO2微球粉体。2)SiO2微球的修饰将粒径为240±5nm的SiO2微球粉体分散在乙醇与乙腈的混合溶液(乙醇与乙腈体积比为3:1)，室温下加入氨水超声混合处理，得到氨水修饰的含有SiO2微球的乳浊液；SiO2微球粉体和氨水的用量比例为(0.1-0.5)g：0.5mL。3)SiO2@TiO2材料的制备取一定量的钛酸丁酯溶解于乙醇与乙腈的混合溶液(乙醇与乙腈体积比为3:1)，室温下搅拌均匀后按0.02mL/s的滴加速度逐滴加入到步骤2)制得的乳浊液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)SiO2微球的制备将正硅酸乙酯的乙醇溶液滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.2‑0.8mol/L，正硅酸乙酯浓度为0.4‑1.2mol/L，搅拌反应，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO2微球粉体；2)SiO2微球的修饰将SiO2微球粉体分散在乙醇与乙腈的混合溶液中，加入氨水混合均匀，得到氨水修饰的SiO2微球的乳浊液；3)SiO2@TiO2材料的制备将钛酸丁酯溶解于乙醇与乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2)制得的乳浊液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、干燥处理，得到前驱体；在保护气氛下，将前驱体进行热处理，得到具有光催化效应的SiO2@TiO2非晶光子晶体结构色材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)SiO2微球的制备将正硅酸乙酯的乙醇溶液滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.2-0.8mol/L，正硅酸乙酯浓度为0.4-1.2mol/L，搅拌反应，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO2微球粉体；2)SiO2微球的修饰将SiO2微球粉体分散在乙醇与乙腈的混合溶液中，加入氨水混合均匀，得到氨水修饰的SiO2微球的乳浊液；3)SiO2@TiO2材料的制备将钛酸丁酯溶解于乙醇与乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2)制得的乳浊液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、干燥处理，得到前驱体；在保护气氛下，将前驱体进行热处理，得到具有光催化效应的SiO2@TiO2非晶光子晶体结构色材料。2.根据权利要求1所述的具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，反应温度为25～40℃，反应时间为2～8h。3.根据权利要求1所述的具有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，SiO2微球粉体和氨水的用量比例为(0.1-0.5)g：0.5mL。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦毅，冯篱，王芬，赵婷，朱建锋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61