[发明专利]一种Co2+掺杂二氧化钛自清洁薄膜的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛自清洁薄膜的制备方法及应用，具体涉及一种Co²⁺掺杂二氧化钛自清洁薄膜的制备方法及应用。

背景技术

TiO₂纳米材料具有自洁去污、易清洗、抗菌等功能，在保护公共环境，创造舒适清洁无污染的生活空间方面具有广阔的应用前景，它的光催化特性及超亲水性被日本学者誉为“光清洁革命”。但纳米TiO₂只有在紫外光条件下才具有超亲水、杀菌、分解有机物的作用，从而限制了它的使用范围，即：在非紫外光条件下纳米TiO₂没有自清洁效果。为了改善性能，许多人通过在TiO₂中掺杂其他金属离子的方式对纳米TiO₂的性能进行优化[Celik E,Yildiz A Y,et al.Preparation and Characterization of Fe₂O₃-TiO₂Thin Films on Glass Substrate for Photocatalytic Applications.Materials Science and Engineering B,2006,129:193-199.]。但以掺杂金属离子的方式对纳米TiO₂性能进行优化的过程工艺复杂，成本高，成膜性和可重复性都不是很好，优化后的纳米TiO₂薄膜催化有机物降解的能力与二氧化钛薄膜相比并没有显著提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Co²⁺掺杂二氧化钛薄膜的制备方法及应用，该方法工艺设备简单、成本低、成膜性和可重复性良好，且所制得的薄膜在日光照射下催化甲基橙降解的能力明显高于二氧化钛薄膜。

为了达到上述目的，本发明Co²⁺掺杂二氧化钛自清洁薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将酞酸丁酯和无水乙醇按1∶（0.5～5）的体积比混合均匀，然后在搅拌下加入二乙醇胺，制得透明溶液A；其中，透明溶液A中二乙醇胺的体积含量为3%～8%；

2）将去离子水、乙酰丙酮和无水乙醇按照1∶（0.5～3）∶（10～20）的体积比混合均匀，制得透明溶液B；

3）将透明溶液B和透明溶液A混合均匀，得混合溶液；然后向混合溶液中加入四水合醋酸钴，并用盐酸调节混合溶液的pH值至2.0～5.0，搅拌1h～5h后形成均匀溶胶；均匀溶胶在室温下陈化后得镀膜所需的凝胶C；其中，所加入的四水合醋酸钴占凝胶C质量的0.1%～10%；

4）将清洗干净的基片浸入凝胶C中静置，然后反复竖直匀速提拉镀膜直到得到所需厚度的薄膜，将得到的镀膜基片于50℃干燥，然后在300℃～600℃下退火处理1h～8h，得到Co²⁺掺杂二氧化钛自清洁薄膜。

所述的步骤3）中的透明溶液A与透明溶液B是按1∶（0.2～5）体积比混合均匀的。

所述的步骤3）中的陈化时间为10h～48h。

所述的步骤3）中的盐酸浓度为1mol/L。

所述的步骤4）中清洗干净的基片是采用以下方法得到的：

将待镀膜的基片放入体积比为1︰(3～8)的丙酮和乙醇混合溶液中超声清洗，将清洗好的待镀膜基片用去离子水冲洗，氮气吹干，即得清洗干净的基板。

所述的超声功率为50W。

所述的待镀膜的基片采用玻璃基片。

所述的步骤4）中的静置时间为10s～120s。

所述的步骤4）中提拉镀膜时的提拉速度为1cm/min～10cm/min。

一种所述的制备方法制得的Co²⁺掺杂二氧化钛自清洁薄膜在光催化甲基橙降解中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用溶胶-凝胶、提拉成膜法在清洗干净的基片上镀膜，该方法工艺制备简单，操作方便，重复性好，因此制备效率高，且所采用的原料易得，制备成本较低。