[发明专利]一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜

说明书

本发明涉及一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，所述光催化薄膜包括碱金属钨青铜，所述碱金属钨青铜的化学式为MWO_3‑x，其中M为Li、Na、K、Cs中的至少一种，0≤x＜1。本发明将碱金属钨青铜制备成光催化薄膜的形式，在紫外光及部分可见光照射下，锂（钠、钾、铯）钨青铜等主要通过带间激发产生电子和空穴，产生的电子迁移到薄膜表面，与附着的有机物或/和无机物结合，以达到氧化或还原污染物的目的。

技术领域

本发明涉及一种具有全光谱波段响应的光催化薄膜，属于光催化薄膜领域。

背景技术

近年来，利用太阳光、室内光吸附环境污染物质将其分解除去、或者对附着于表面的污垢表现出自清洗作用的光催化剂被关注。

已知的光催化活性材料是二氧化钛，但氧化钛的带隙大，激发需要紫外光，在可见光和红外光条件下不具有催化能力，催化效果有限。因此，以氧化钛为原料的光催化剂材料在紫外线量极其少的室内环境中不能发挥光催化剂效果。

以可见光和红外光作为激发源的新型光催化材料成为新的研究热点。

2015年，山东师范大学的崔冠伟等合成了WO₂-Na_xWO₃粉体，拉开了利用碱金属钨青铜红外光进行光催化的序幕，后中国科学院上海硅酸盐研究所的张玲等研究员研究了氢钨青铜与氧化钨复合粉体在红外光照射下的催化反应。目前对碱金属钨青铜的研究主要集中在碱金属钨青铜粉体与其他半导体粉体复合，而且主要为钠钨青铜和铯钨青铜，其他单一碱金属钨青铜的研究工作不多。这是情理之内的，粉体由于具有较大的比表面积，因此催化效率更高，与其他粉体复合，能发挥碱金属钨青铜和其他半导体的双重效应，而且钠钨青铜和铯钨青铜对红外光的吸收效果更好。但是，粉体由于其本身分散，不具有附着固定性，容易造成二次污染等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于利用碱金属钨青铜制备一种具有全光谱响应的光催化薄膜材料。

本发明提供了一种具有全光谱响应特性的光催化薄膜，所述光催化薄膜包括碱金属钨青铜，所述碱金属钨青铜的化学式为MWO_3-x，其中M为Li、Na、K、Cs中的至少一种，0≤x＜1。

本发明将碱金属钨青铜制备成光催化薄膜的形式，在紫外光及部分可见光照射下，锂(钠、钾、铯)钨青铜等主要通过带间激发产生电子和空穴，产生的电子迁移到薄膜表面，与附着的有机物或/和无机物结合，以达到氧化或还原污染物的目的。而在可见光和红外光照射下，锂(钠、钾、铯)钨青铜等由于存在等离子体共振和极化子吸收，在光相互作用产生电子，而产生的电子迁移到薄膜表面，与附着的有机物或/和无机物结合，从而达到氧化消除污染物的目的。

较佳地，所述M为Li、Na、K、Cs中的至少两种，优选为Li、Na、K、Cs中的两种。本发明中，光催化薄膜的组成可以是锂钨青铜和钠钨青铜，锂钨青铜和钾钨青铜，锂钨青铜和铯钨青铜，钠钨青铜和钾钨青铜，钠钨青铜和铯钨青铜，钾钨青铜和铯钨青铜等。

较佳地，所述光催化薄膜在紫外光、可见光、和红外光照射下，均能产生光催化效果。

较佳地，所述光催化薄膜的厚度至少10nm，优选为10～100nm。

另一方面，本发明所述具有全光谱响应特性的光催化薄膜的方法，包括但不仅限于磁控溅射法，旋涂法，离子喷涂法、化学气相沉积法或涂布法。

较佳地，所述磁控溅射法包括：

基体的表面清洗和干燥；

选用碱金属钨青铜陶瓷靶材，以氩氧混合气为反应气体，控制溅射功率在1.0～3w/cm²，氧气比例在3～8％，溅射压力0.2～2.0pa，溅射时间10～30分钟，在基体表面制备得到所述的光催化薄膜。