[发明专利]一种金纳米颗粒分散四氧化三钴功能薄膜材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化领域，特别是提出了一种金纳米颗粒分散四氧化三钴等离子 共振型光催化功能薄膜材料，涉及到纳米金属颗粒分散氧化物半导体光催化功能薄 膜材料的设计与制备工艺。

背景技术

随着社会的飞速进步、经济的发展以及全球人口的剧烈膨胀，人类社会对能源 的需求大幅度增长，而全球性环境问题也日益显著。光催化技术是从20世纪70年 代逐步发展起来的一门新兴环保技术，特别是近两年来，由于全球石油危机愈演愈 烈，环境污染问题日趋严重，光催化领域发展迅猛。光催化反应利用光能进行物质 转化，是光和物质之间相互作用的多种方式之一。物质在光和催化剂同时作用下进 行化学反应，将光能转变为化学能并促进有机物的合成与有机物降解。光催化功能 薄膜材料的开发克服了光催化剂在实际应用中存在的一些不足(如粉状光催化剂不 易固定，使用后分离回收困难等工程性问题)，同时也拓宽了光催化技术的应用范围。 在发达国家特别是日本，光催化功能材料的商品化研究与开发进展迅速，已经有大 量的相关产品开发成功并推向市场，如表面镀有光催化剂膜并具有分解厨房油烟功 能的瓷砖、具有杀菌功能的陶瓷卫生洁具、具有抗雾功能的汽车挡风玻璃和浴室镜、 具有长期保持表面洁净的窗玻璃和建筑玻璃。这些光催化产品广泛应用于建筑、汽 车、医疗、国防等领域。我国在光催化领域的应用还比较少，有待进一步的发展。

日本学者Koichi Awazu等人[Koichi Awazu，et al.，J.AM.CHEM.SOC.，2008，130， 1676-1680.]于2008年首次提出了Plasmonic Photocatalysis(等离子共振光催化)的概 念，这种等离子共振型光催化剂是对半导体催化剂的改性，在由SiO₂包覆纳米Ag 颗粒组成的核壳结构的涂层上再沉淀上一层TiO₂，以防止Ag单质被氧化而降低催 化性能，该种光催化薄膜材料降解有机物的速率是TiO₂薄膜的7倍左右，显示了优 良的光催化性能。等离子共振型光催化功能薄膜材料利用了金属粒子的表面等离子 体共振吸收效应，通过吸收可见光有效地提高了光吸收性能。在光催化过程中光生 电子向金属颗粒富集，光生空穴向半导体晶粒表面迁移，促进了光生电子和空穴的 分离，降低了二者的复合率，从而大幅度提高了光催化效率。

发明内容

本发明目的是提供一种金属金颗粒分散四氧化三钴光催化复合薄膜，通过控制 前驱体溶液的成分、优化匀胶机甩胶、涂层厚度以及热处理工艺制备该薄膜。

一种金纳米颗粒分散四氧化三钴功能薄膜材料及制备方法，其薄膜化学式为 Au_x/(Co₃O₄)_1-x，其中x表示Au组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01≤x≤0.55。 本发明采用化学溶液法制备Au_x/(Co₃O₄)_1-x复合薄膜，金纳米颗粒均匀分散于四氧化 三钴基体中，金颗粒直径均为1～500nm，薄膜在500～650nm波段观察到金属颗粒 的等离子体共振吸收峰，通过检测涂覆在薄膜上有机染料的吸光度值发现，该薄膜 在可见光照射下具有优良的光催化性能。

本发明以硝酸钴，氯金酸为原料，乙二醇独甲醚为溶剂，采用化学溶液法合成 化学计量比准确、成分均匀的前躯体溶液，然后采用匀胶机在玻璃基片上进行涂膜， 经过热分解与退火处理最后得到Au_x/(Co₃O₄)_1-x复合薄膜。具体步骤为：