銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料及其製備方法與流程
2023-07-29 21:41:16
本發明涉及銳鈦型二氧化鈦光觸媒技術，尤其涉及一種銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料及其製備方法。
背景技術：
銳鈦型二氧化鈦，作為最具有代表性的光觸媒材料，是一種具有光催化功能的納米級的光半導體材料。光觸媒塗布於基材表面，在紫外線線的作用下，產生強烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細菌，並能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時還具備除甲醛、除臭、抗汙、淨化空氣等功能。光觸媒是目前國際上最安全和最潔淨的環境淨化材料，在歐美和日本、韓國等區域廣泛運用，美國宇航空間站淨化工程、海上油汙降解工程和日本公交公司消毒工程均使用光觸媒進行處理。
純淨的納米二氧化鈦是單質粉末狀的，實用性較小，因為風一吹就沒了，所以在使用時往往做成添加有黏合劑的混合液態狀。銳鈦型二氧化鈦粉末的帶隙能只有3.2eV，只能吸收400nm以下的紫外線，所以減少了銳鈦型二氧化鈦的光觸媒活性。所以，需要研究配製摻雜其他材料。比如採用固相合成、過渡金屬離子和非金屬離子摻雜、金屬-有機絡合物、表面敏化、半導體複合等多種方法，對光觸媒進行可見光誘導。有人研究發現納米貴金屬(鉑、銠、鈀等)與光觸媒材料進行配位螯合後，會極大提高光生載流子的分離效率和抑制電子-空穴的重新複合，從而進一步拓寬了二氧化鈦的光波吸收範圍，這些納米貴金屬也被稱為「光觸媒的維生素」。還有人研究化學配位鍵螯合功能元素摻雜技術，使用這種技術可以極大增強光觸媒材料的光催化協同效應。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種新型的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料及其製備方法。
本發明是通過如下技術方案來實現上述目的的：
一種銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料，其特徵在於，所述金納米薄膜為經紫外線照射過的金納米薄膜，其上滴有銳鈦型二氧化鈦分散液。
進一步，所述金納米薄膜，是含有金納米粒子的氯仿溶液滴在水面上自主形成的朗格繆爾薄膜。
進一步，所述金納米薄膜，是單層的。
進一步，所述紫外線照射金納米薄膜的時間長度T，為1～10分鐘。
進一步，所述銳鈦型二氧化鈦分散液的濃度為0.01wt％-0.1wt％。
一種銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的製備方法，包括如下步驟：
第一、製作金納米薄膜；
第二、對金納米薄膜用紫外線照射，時間長度為T；
第三、調製銳鈦型二氧化鈦分散液；
第四、將銳鈦型二氧化鈦分散液滴在金納米薄膜上。
進一步，所述製作金納米薄膜，包括如下步驟：
首先，在水槽中注滿蒸餾水，
其次，將金納米粒子用蒸餾過的氯仿溶解，
然後，將溶解後的含有金納米粒子的氯仿溶液注入水槽內的蒸餾水中，
最後，水面上的金納米粒子自主形成朗格繆爾薄膜。
進一步，還包括，在水槽上兩邊放置方柱，在含有金納米粒子的氯仿溶液注入到水槽內兩方柱之間的水中時，把兩方柱向中間推靠，使金納米粒子更容易自主形成朗格繆爾薄膜。
進一步，所述紫外線照射金納米薄膜的時間長度T，為1～10分鐘。
進一步，所述銳鈦型二氧化鈦分散液的濃度為0.01wt％-0.1wt％。
與現有技術相比，本發明銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料，所述金納米薄膜為經紫外線照射過的金納米薄膜，其上滴有銳鈦型二氧化鈦分散液。其中，金納米薄膜，是經過簡單處理的二次元金納米粒子薄膜，具有表面等離子共振效果，具有超薄膜性，感光，觸媒等特性。經過紫外線的照射，金納米粒子的配位子被氧化而被去除，所以具有更好的導熱性和導電性，並且具有良好的韌性。並且，因為金納米粒子的配位子被氧化而被去除，所以金納米粒子的表面等離子共振能帶提高。而二氧化鈦粒子與金納米粒子產生等離子共振，提高了光觸媒活性，所以非常適合用於水淨化處理，空氣淨化等。而且金納米薄膜是單層的，如果金納米薄膜太厚，則會影響與二氧化鈦粒子的等離子共振。而且紫外線的照射時間不能太長，太長了會使得金納米粒子由融合狀態演變成連續的構造體，甚至凝聚在一起成網狀，孔徑增大，導致金納米粒子的表面的等離子共振能帶消失。
附圖說明
圖1為本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的製備方法流程圖；
圖2為本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的製備方法中製作金納米薄膜的流程圖；
圖3為本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的製備方法所製作的金納米薄膜的結構圖；
圖4為本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的脫色反應活性圖，其中金納米薄膜用紫外線照射的時間長度不同，以及滴的銳鈦型二氧化鈦的濃度也不同；
圖5為本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的脫色反應活性對比圖，其中金納米薄膜用紫外線照射的時間長度不同，以及滴的銳鈦型二氧化鈦的濃度也不同；
圖6為本發明具體實施方式的金納米薄膜用紫外線照射不同時間長度的結構狀態放大圖；
圖7為本發明具體實施方式的金納米薄膜用紫外線照射不同時間長度的表面等離子共振帶的變化圖；
圖8為本發明具體實施方式的金納米薄膜用紫外線照射不同時間長度的金粒子表面配位子除去量圖。
具體實施方式
請參見圖1所示，本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的製備方法，包括如下步驟：
第一、製作金納米薄膜；
第二、對金納米薄膜用紫外線照射，時間長度為T；
第三、調製銳鈦型二氧化鈦分散液；
第四、將銳鈦型二氧化鈦分散液滴在金納米薄膜上。
其中，製作金納米薄膜，是用含有金納米粒子的氯仿溶液滴在水面上，自主形成朗格繆爾薄膜而製成。具體請參見圖2所示。
首先，在水槽中注滿蒸餾水，優選的，水槽可先用蒸餾過的氯仿擦拭。
其次，將金納米粒子用蒸餾過的氯仿溶解，優選的，金納米粒子在使用前先低溫保存，比如冰箱保鮮層。其中蒸餾過的氯仿濃度為99.99％，或一般稱為純氯仿。
然後，將溶解後的含有金納米粒子的氯仿溶液注入水槽內的蒸餾水中，優選的，使用金屬用針管輕輕注入。
最後，水面上的金納米粒子自主形成朗格繆爾薄膜，此金納米薄膜是單層的，如圖3所示。
進一步，為便於製作，還可在水槽上兩邊放置方柱，在含有金納米粒子的氯仿溶液注入到水槽內兩方柱之間的水中後，把兩方柱向中間推靠，使金納米粒子更容易自主形成朗格繆爾薄膜。同樣，優選的，方柱可先用蒸餾過的氯仿擦拭。另外，因水的表面張力因素，在將方柱放置到水槽上時，會除去部分多餘水平面的水。
紫外線照射金納米薄膜的時間長度T，為1～10分鐘，最佳為3分鐘，所述紫外線為100％的紫外線。
在對金納米薄膜用紫外線照射，時間長度為T後，還可以包括，將得到的構造體轉錄在玻璃基板上。
在將得到的構造體轉錄在玻璃基板後，還可以包括，室溫乾燥。
銳鈦型二氧化鈦分散液的濃度，為0.01-0.1wt％，最佳為0.1wt％。
在將銳鈦型二氧化鈦分散液滴在經紫外線照射的金納米薄膜上後，還可以包括，室溫乾燥。
根據本發明具體實施方式的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料的製備方法獲得的銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料，所述金納米薄膜為經紫外線照射過的金納米薄膜，其上滴有銳鈦型二氧化鈦分散液。其中，金納米薄膜，是經過簡單處理的二次元金納米粒子薄膜，具有表面等離子共振效果，具有超薄膜性，感光，觸媒等特性。經過紫外線的照射，金納米粒子的配位子被氧化而被去除，所以具有更好的導熱性和導電性，並且具有良好的韌性。並且，因為金納米粒子的配位子被氧化而被去除，所以金納米粒子的表面等離子共振能帶提高。而二氧化鈦粒子與金納米粒子產生等離子共振，提高了光觸媒活性，所以非常適合用於水淨化處理，空氣淨化等。而且金納米薄膜是單層的，如果金納米薄膜太厚，則會影響與二氧化鈦粒子的等離子共振。而且紫外線的照射時間不能太長，太長了會使得金納米粒子由融合狀態演變成連續的構造體，甚至凝聚在一起成網狀，孔徑增大，導致金納米粒子的表面的等離子共振能帶消失。
請參見圖4和圖5所示，將銳鈦型二氧化鈦與金納米薄膜的複合材料放入稀釋好的甲基橙溶液，以1.2W/cm2的紫外線照射70分鐘，進行脫色反應，以檢驗光觸媒活性。使用1.2W/cm2的紫外線，是因為這是模仿太陽的紫外線到達地球表面的最強照射度(一般不超過10％，太陽的紫外線一般為12W/cm2)。對銳鈦型二氧化鈦與自金納米薄膜的複合材料進行光觸媒活性的檢驗，可以看到經過紫外線照射3分鐘的金納米薄膜和濃度為0.1wt％的銳鈦型二氧化鈦分散液的複合材料的除雜效果最好，亦即光觸媒活性最高。這是因為，請參見圖6到圖8所示，金納米粒子表面存在著配位子，經過紫外線照射後，配位子被除去，金納米粒子以橫毛管力互相牽引，照射3分鐘時，變成融合狀態，此時的界面能量是最小的。繼續照射，金納米粒子則變成連續的構造體。更進一步照射，金納米粒子則凝聚在一起成網狀，孔徑增大，金納米粒子的表面的等離子共振能帶消失，如圖6所示。從圖7可以看到，金納米薄膜用紫外線照射3分鐘時等離子共振是最大的。從圖8可以看到，金納米薄膜用紫外線照射3分鐘時金納米粒子表面的配位子已全部去除。