[发明专利]一种纳米复合光催化剂薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合光催化剂薄膜的制备方法，尤其是以搀杂银的钛钒复合氧化物为主要成分的光催化剂薄膜，属于功能复合薄膜材料技术领域。 

背景技术

纳米催化材料在工业过程中已经得到了很多应用，利用光催化剂降解环境污染物和抑菌杀菌是其重要的应用方向。光催化剂一般都是由具有一定缺陷的半导体材料组成的，搀杂和改性往往会放大这种缺陷的作用，半导体粒子的能带结构是由低能的价带和高能的导带构成的，价带和导带之间存在一个禁带，这个禁带的宽度一般在3个电子伏特以下。当能量大于或等于禁带宽度的光照射到半导体时，半导体微粒将吸收光量子的能量，产生电子一空穴对，价带空穴是很好的氧化剂，导带电子是很好的还原剂，如果电子一孔穴对能被有效分离并定域在催化剂表面的有效承载位上，它们将可以氧化或还原吸附在催化剂表面的有害物质分子，并将其转化为无害的简单分子。 

发明专利200410080246.0“用于净化空气的纳米复合光催化剂”公开了一种高效、广谱型的纳米复合光催化剂及其制备方法，这种光催化剂制备简便、原料易得，即使在可见光区也对空气中的甲醛、苯系物、氨、二氧化硫、硫化氢和细菌等都有很高的分解活性，但是这种纳米催化剂和其他粉体材料具有共同的缺点：在转移过程中很容易凝聚，使用时难以回收无法再利用，这将造成一定的浪费。以薄膜形式固定化后的纳米复合光催化剂能很好地克服这些缺陷，它既具有固定催化剂的优点，又有纳米材料的量子尺寸效应、表面界面效应和量子限域效应。目前的纳米薄膜制备工艺，主要包括化学气相沉积法、溅射法和溶胶一凝胶法。虽然用化学气相沉积进行制备的方法晶粒尺寸易于控制，但整个过程包括气体扩散、反应气体在衬底的吸附、表面反应、成核和生长、气体解吸 和扩散挥发等步骤，由于影响薄膜组成、结构和形态因素多，因此操作控制复杂，设备较为昂贵，而且不宜大规模制备。溅射法是利用直流或高频电场使惰性气体发生电离，产生辉光放电等离子体，电离产生的正离子和电子高速轰击靶材，使靶材上的原子或分子溅射出来，然后沉积到基板上形成薄膜。该法可溅射任何物质，但由于真空度的需要以及溅射仓空间的限制，操作较复杂，造价高，且不宜进行大面积的薄膜溅射。溶胶一凝胶法是20世纪60年代发展起来的薄膜制备方法，利用该方法制备纳米薄膜的基本步骤是：先在低温下液相合成溶胶，然后采用浸涂法使溶液吸附在基材上，经胶化后成为凝胶，然后经一定温度热处理即可得到纳米薄膜。 

发明内容

本发明提供一种方法简单、成本低廉的制备以搀杂银的钛和钒的复合氧化物为主要成分的光催化剂薄膜的新方法。以这种方法制备的光催化剂薄膜表面光滑，具有较高的透明性和较大的光谱吸收以及良好的抗菌性能，可以反复使用，对空气中的甲醛、苯系物和氮氧化物都有很高的分解活性。 

本发明所述的纳米复合光催化剂薄膜是以Ag、TiO₂和V₂O₅纳米粒子为敏感成分，以聚乙烯醇为成膜材料制成，其制备方法是： 

(1)将平均分子量为70000～100000、醇解度为70％～90％的聚乙烯醇粉末在不断搅拌下缓缓加入20℃左右的蒸馏水中充分溶胀，而后用水浴将此溶液升温到90℃左右，同时加入0.2％～0.5％(以聚乙烯醇为基准)的有机硅乳液，继续搅拌并保温2～3小时，直到溶液不再含有微小颗粒为止。 

(2)将硝酸银溶液逐滴加入到步骤(1)得到的聚乙烯醇溶液中，其中硝酸银与聚乙烯醇的摩尔比值为1/1000～1/200，搅拌混合均匀。 

(3)在不断搅拌下，将超声波分散过的粒径为25～45纳米的二氧化钛和五氧化二钒粉体加入上述混合液中，Ti、V和Ag的原子比为100：20～35：5～10，继续搅拌2小时，形成均匀溶胶。

(4)将洗净的玻璃基片浸入上述溶胶中，提拉成均匀薄膜，在180～250℃加热4～8分钟，得到厚度为220～500纳米的搀杂纳米复合光催化剂薄膜，其中银粒子的粒径为5～15纳米。 

通过改变聚乙烯醇的浓度可以改变复合薄膜的厚度。将加热还原温度控制在150℃以上，一方面银离子在此温度时能被聚乙烯醇还原，另一方面，聚乙烯醇可以在此温度下被物理交联，变得不再溶于水。 

具体实施方式

实施例1