[发明专利]一种铜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，特别提出了一种铜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

随着全球经济的快速增长，环境和能源压力日益增大，已经严重影响到人类健 康、生态平衡和社会经济的可持续发展，光催化技术在污染物降解和清洁能源生产 中具有广阔的应用前景，成为发达国家高科技竞争中的一个热点，许多国家都已经 投入巨资进行研究与开发，并已经成功实现产业化。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。

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，而等离子共振型光催化功能薄膜材料是一种新型的光催化功能薄 膜材料，拥有良好的催化性能。

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铜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。

一种铜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 Cu_x/(Co₃O₄)_1-x，其中x表示Cu组成元素的摩尔分数，x的取值范围为0.01≤x≤0.85。 本发明采用化学溶液法制备Cu_x/(Co₃O₄)_1-x复合薄膜，铜纳米颗粒均匀分散于四氧化 三钴基体中，铜颗粒直径均为1～500nm，薄膜在550～580nm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，硝酸铜为原料，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Cu_x/(Co₃O₄)_1-x复合薄膜。具体步骤为：