CN104817281A - 一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，首先，将粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水制成PVP修饰的SiO₂微球；然后加入无水乙醇中超声处理得含有SiO₂微球的乳浊液；其次，配制氢氧化锂-乙醇和乙酸锌-乙醇的混合液；将含有SiO₂微球的乳浊液滴加到该混合液中，反应后过滤，沉淀物经洗涤、离心、干燥处理后再经热处理制得具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；再次，将SiO₂ZnO核壳结构微球加乙醇经超声分散制得乳浊液；最后，将玻璃基片采用垂直沉积法垂直插入该乳浊液中生成具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。本发明方法简单易行，对环境无污染，能大规模工业生产，具有广阔的应用前景。

Description

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于光子晶体结构色薄膜制备技术领域，具体涉及一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法。

背景技术

结构色是由物体的微观结构与可见光发生干涉、散射或者衍射等现象而显色的，这是一种物理呈色，其具有颜色鲜艳、永不褪色、环境友好、制备周期短等优点。其中通过胶体微球的有序自组装法，形成的高低折射率交替变化的蛋白石光子晶体，也具有光子带隙特征，当入射光频率落在带隙范围内时，该入射光将不能通过该光子晶体，这些不能继续传播的可见光会被光子晶体反射，最后在具有周期性结构的光子晶体表面形成相干衍射，而产生绚丽多彩的结构色。通过对自然界中和人工制备结构色的研究，目前已在显示、装饰、防伪等领域有很好的应用。如中国发明专利申请CN201310205537.7公开了一种红色光子晶体结构色釉的制备方法，主要是通过二氧化硅微球的自组装技术在陶瓷坯体表面获得的，该红色光子晶体结构色有较好的呈色效果。然而，目前对光子晶体结构色薄膜的研究仅限于在不同颜色呈色效果的仿制和分析，对多功能性的光子晶体结构色材料，特别是对具有光催化性能的光子晶体结构色薄膜研究甚少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，该方法操作简单，对设备要求低，对环境无污染，适合工业化大规模生产，经该方法制得的橙黄色光子晶体结构色薄膜颜色鲜艳，永不褪色，呈色效果和光催化性能优异。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)按1:(1～3)的质量比取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮，混合后加水，充分搅拌反应后过滤，将沉淀经洗涤、离心及干燥处理，得到PVP修饰的SiO₂微球；按(0.1～0.25)g：10mL的料液比，将PVP修饰的SiO₂微球加入无水乙醇中超声混合处理，得到含有SiO₂微球的乳浊液；

2)按1：(1～2.5)的质量比取氢氧化锂和乙酸锌，将氢氧化锂和乙酸锌分别用无水乙醇溶解，搅拌混合均匀，分别得到氢氧化锂-乙醇混合液和乙酸锌-乙醇混合液；将乙酸锌-乙醇混合液于50～70℃恒温水浴下处理至体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中，搅拌均匀，制得混合液；

3)按1：(10～14)的体积比，将步骤1)中制得的含有SiO₂微球的乳浊液滴加到步骤2)制得的混合液中，充分搅拌反应后过滤，将沉淀经洗涤、离心、干燥处理后，在300～450℃热处理2～6h，得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

4)将SiO₂ZnO核壳结构微球加无水乙醇，配成质量百分比为0.3～0.5％的混合液，将混合液超声分散，制得含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液；

5)将洁净的玻璃基片垂直放入含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液中，于40～60℃真空干燥至乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面生成具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

步骤1)是按照每1.5～2.0g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后的体系中加去离子水。

步骤1)所述的充分搅拌反应是采用磁力搅拌反应2～4h。

步骤3)所述搅拌均匀是采用磁力搅拌反应2～6h。

步骤1)所述的超声混合处理时间为10～20min。

步骤2)所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.1～0.2g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.1～0.5g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。

步骤1)和3)所述的离心是在4000～8000r/min下处理10～20min。

步骤1)和3)所述的洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；所述的干燥是在60～80℃下进行。

步骤4)所述的超声分散时间为10～30min。

步骤5)所述的洁净的玻璃基片是将玻璃基片先在质量浓度为30％的双氧水溶液中浸泡10h，再经过去离子水和无水乙醇清洗2～3次后得到

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，首先，将粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，经过滤、洗涤、离心干燥系列处理，得到PVP修饰的SiO₂微球；然后将PVP修饰的SiO₂微球加入无水乙醇中制得含有SiO₂微球的乳浊液。其次，配制氢氧化锂-乙醇及乙酸锌-乙醇的混合液，将含有SiO₂微球的乳浊液滴加到该混合液中，经过滤、洗涤、离心干燥系列处理，制得具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球，该SiO₂ZnO核壳微球的粒径为270±5nm，其结构中内核与外壳之间界面的存在使得催化降解效率增强。在SiO₂微球制备过程中引入的ZnO壳层，不仅提高了核壳微球的有效折射率，使得其橙黄色结构色更加明显，而且实现了光子晶体结构色薄膜对甲基橙的光催化降解功能。最后，采用垂直沉积法，使SiO₂ZnO核壳结构微球在玻璃基体表面自组装成橙黄色光子晶体结构色薄膜，该结构色薄膜呈现出周期性紧密排列，且该结构色橙黄色薄膜颜色亮丽，不易褪色，解决了黄色染料使用时存在的氧化铁黄、铬黄等颜料对人体和环境的危害。本发明工艺过程简单易行，对环境无污染，能大规模工业生产，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的光学照片；

图2为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的X射线衍射图；

图3为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的扫描电镜图；

图4为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的反射光谱图；

图5为实施例1所得具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的甲基橙光催化降解图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，采用的技术方案为：

首先，将SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后加水，搅拌反应后，过滤，将沉淀物经洗涤、离心及干燥处理，得到PVP修饰的SiO₂微球；将PVP修饰的SiO₂微球加入无水乙醇中超声混合处理，得到含有SiO₂微球的乳浊液；

其次，配制氢氧化锂-乙醇混合液及乙酸锌-乙醇混合液；将乙酸锌-乙醇混合液于恒温水浴下处理至体系温度稳定后，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中，搅拌均匀，制得混合液；将含有SiO₂微球的乳浊液滴加到该混合液中，充分搅拌反应后，过滤，沉淀物经洗涤、离心、干燥处理后，再经热处理，制到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

再次，将SiO₂ZnO核壳结构微球加无水乙醇，经超声分散，制得含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液；

最后，将玻璃基片采用垂直沉积法，生成具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

本发明所述的SiO₂微球粉体的粒径为252±5nm，且该粒径为252±5nm的SiO₂微球是通过法制备的。所述的SiO2ZnO核壳结构微球的粒径为270±5nm。

实施例1

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比为1:2.5称取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，混合均匀后放置到烧杯中，按照每2.0g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向烧杯中加入去离子水，磁力搅拌混合，反应4h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥，即可得到PVP修饰的SiO₂微球；

其中，离心是在6000r/min下处理15min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在60℃下进行。

(2)准确称量步骤(1)得到经PVP修饰的SiO₂微球0.25g，加入至10mL无水乙醇中超声混合20min，得到有SiO₂微球的乳浊液。

(3)按质量比为2.5:1称取乙酸锌和氢氧化锂若干克，分别将其溶解到无水乙醇中，搅拌混合均匀；随后将乙酸锌-乙醇混合液放置到70℃恒温水浴中，待体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中搅拌均匀，制得混合液；接下来将步骤(2)中制得的乳浊液滴加到混合液中，磁力搅拌反应3h后过滤，将沉淀物经洗涤、离心、干燥，并在450℃热处理4h后，即可得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

其中，所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.25g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.625g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。离心是在4000r/min下处理20min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在80℃下进行。

(4)按1:14的体积比，将步骤(3)得到的SiO₂ZnO核壳结构微球与无水乙醇按照质量百分比0.35％配成混合液，随后将混合液超声分散15min，得到含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液。将清洗过的载玻片垂直放置于乳浊液中，并将整个体系置于恒温(50℃±1℃)真空干燥箱中，大约经过40h，待乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面就会生成一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

本发明中橙黄色光子晶体结构色薄膜呈色性能的测试方法如下：

采用紫外-可见-近红外光谱仪的反射光谱来分析，仪器型号：Lamda 950型，美国Beckman公司，波长范围175～3300nm，带宽0.5～5.0nm，杂散光<0.00008％T，波长精度0.08nm，扫描三次，求平均值。

本发明中橙黄色光子晶体结构色薄膜光催化性能的测试方法如下：

光催化降解甲基橙溶液，在光催化反应仪中加入浓度为15mg/L的甲基橙溶液80mL和步骤(4)得到的薄膜面积为1cm×2cm的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜，随后在无光的暗室里反应10min，使SiO₂ZnO核壳微球和甲基橙反应液充分混合，达到吸附/脱附平衡。光催化反应开始后打开500W的汞灯，并通过磁力搅拌器匀速搅拌，每隔15min取样，通过反应液的吸光度来测定有机物的降解效果。吸光度是采用Lambda-950型紫外-可见光谱仪测定。

以甲基橙溶液在t时刻的浓度和其溶液中初始浓度之比作为被降解溶液的降解率，分别来表征SiO₂ZnO微球的光催化降解性能：

C/C₀＝A/A₀

式中，C₀和C分别表示反应开始前溶液的浓度和光催化开始后反应t时间时溶液的浓度，A₀和A分别表示反应开始前以及光催化反应t时间时溶液最大的吸收波长处的吸光度值。

图1、图4分别为本实施例制得的具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的光学照片及反射光谱，从图中可以看出，所得结构色薄膜色彩艳丽，且在橙黄光波段内具有很强的反射峰，色彩饱和度高。

图2为本实施例制得的具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的X射线衍射图，测试结果显示，在衍射角2θ＝31.90°、34.39°、36.29°、47.60°、56.70°、62.89°、67.85°都出现了衍射峰纤锌矿结构ZnO衍射峰，并无其它杂相衍射峰出现，这证明了样品为纯净的纤锌矿结构ZnO，且XRD衍射峰具有较大半高宽，说明ZnO纳米颗粒粒径较小。

图3为本实施例制得的具有光催化效应的橙黄色结构色薄膜的结构单元——单分散SiO₂ZnO扫描电镜图，从图中可以看出，二氧化硅原本光滑的表面变粗糙，说明氧化锌已成功包覆在二氧化硅表面，从图中可以看出，氧化锌呈小颗粒状均匀地包覆在二氧化硅微球的表面，包覆后的微球仍保持较好球形度，单分散性良好，微球粒径分布较窄。

图5为本实施例制得的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的甲基橙光催化降解图，通过对比包覆前后微球对甲基橙的降解效率可以发现，经过包覆的复合微球在90min内对甲基橙的降解率达到了80％，而相同时间未经过包覆的二氧化硅微球对甲基橙几乎没有降解作用，证明该功能薄膜是一种兼具结构色效应和光催化性能的新型多功能薄膜。

实施例2

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比为1:2称取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，混合均匀后放置到烧杯中，按照每1.5g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向烧杯中加入去离子水，磁力搅拌混合，反应4h后经过洗涤、离心、干燥，即可得到PVP修饰的SiO₂微球；

其中，离心是在5000r/min下处理18min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在75℃下进行。

(2)准确称量步骤(1)得到经PVP修饰的SiO₂微球0.2g，加入至10mL无水乙醇中超声混合15min，得到有SiO₂微球的乳浊液。

(3)按质量比为2:1称取乙酸锌和氢氧化锂若干克，分别将其溶解到无水乙醇中，搅拌混合均匀；随后将乙酸锌-乙醇混合液放置到60℃恒温水浴中，待体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中搅拌均匀，制得混合液；接下来将步骤(2)中制得的乳浊液滴加到混合液中，磁力搅拌反应3h后过滤，将沉淀物经洗涤、离心、干燥，并在400℃热处理4h后，即可得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

其中，所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.15g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.3g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得；离心是在8000r/min下处理10min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在65℃下进行。

(4)按1:10的体积比，将步骤(3)得到的SiO₂ZnO核壳结构微球与无水乙醇按照质量百分比0.35％配成混合液，随后将混合液超声分散20min，得到含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液。

将清洗过的载玻片垂直放置于乳浊液中，并将整个体系置于恒温(50℃±1℃)真空干燥箱中，大约经过40h，待乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面就会生成一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

本发明中橙黄色光子晶体结构色薄膜呈色性能的测试方法如下：

采用紫外-可见-近红外光谱仪的反射光谱来分析，仪器型号：Lamda 950型，美国Beckman公司，波长范围175～3300nm，带宽0.5～5.0nm，杂散光<0.00008％T，波长精度0.08nm，扫描三次，求平均值。

本发明中橙黄色光子晶体结构色薄膜光催化性能的测试方法如下：

光催化降解甲基橙溶液，在光催化反应仪中加入浓度为15mg/L的甲基橙溶液50mL和步骤(4)得到的薄膜面积为1cm×2cm的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜，随后在无光的暗室里反应10min，使SiO₂ZnO核壳微球和甲基橙反应液充分混合，达到吸附/脱附平衡。光催化反应开始后打开500W的汞灯，并通过磁力搅拌器匀速搅拌，每隔15min取样，通过反应液的吸光度来测定有机物的降解效果。吸光度是采用Lambda-950型紫外-可见光谱仪测定。

实施例3

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比为1:2称取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，混合均匀后放置到烧杯中，按照每2.0g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向烧杯中加入去离子水，磁力搅拌混合，反应2h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥，即可得到PVP修饰的SiO₂微球；

其中，离心是在5000r/min下处理15min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在70℃下进行。

(2)准确称量步骤(1)得到经PVP修饰的SiO₂微球0.15g，加入至10mL无水乙醇中超声混合10min，得到有SiO₂微球的乳浊液。

(3)按质量比为2:1称取乙酸锌和氢氧化锂若干克，分别将其溶解到无水乙醇中，搅拌混合均匀；随后将乙酸锌-乙醇混合液放置到60℃恒温水浴中，待体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中搅拌均匀，制得混合液；接下来将步骤(2)中制得的乳浊液滴加到混合液中，磁力搅拌反应4h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥，并在400℃热处理2h后，即可得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

其中，所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.15g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.3g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。离心是在7000r/min下处理12min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在65℃下进行。

(4)按1:12的体积比，将步骤(3)得到的SiO₂ZnO核壳结构微球与无水乙醇按照质量百分比0.4％配成混合液，随后将混合液超声分散15min，得到含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液。将清洗过的载玻片垂直放置于乳浊液中，并将整个体系置于恒温(45℃±1℃)真空干燥箱中，大约经过40h，待乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面就会生成一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

本发明中橙黄色光子晶体结构色薄膜呈色性能的测试方法如下：

采用紫外-可见-近红外光谱仪的反射光谱来分析，仪器型号：Lamda 950型，美国Beckman公司，波长范围175～3300nm，带宽0.5～5.0nm，杂散光<0.00008％T，波长精度0.08nm，扫描三次，求平均值。

本发明中橙黄色光子晶体结构色薄膜光催化性能的测试方法如下：

光催化降解甲基橙溶液，在光催化反应仪中加入浓度为15mg/L的甲基橙溶液60mL和得到的薄膜面积为1cm×2cm的具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜，随后在无光的暗室里反应10min，使SiO₂ZnO核壳微球和甲基橙反应液充分混合，达到吸附/脱附平衡。光催化反应开始后打开500W的汞灯，并通过磁力搅拌器匀速搅拌，每隔15min取样，通过反应液的吸光度来测定有机物的降解效果。吸光度是采用Lambda-950型紫外-可见光谱仪测定。

实施例4

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比为1:3称取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，混合均匀后放置到烧杯中，按照每1.8g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向烧杯中加入去离子水，磁力搅拌混合，反应4h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥，，即可得到PVP修饰的SiO₂微球；

其中，离心是在5000r/min下处理16min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在80℃下进行。

(2)准确称量步骤(1)得到经PVP修饰的SiO₂微球0.15g，加入至10mL无水乙醇中超声混合15min，得到有SiO₂微球的乳浊液。

(3)按质量比为2.5:1称取乙酸锌和氢氧化锂若干克，分别将其溶解到无水乙醇中，搅拌混合均匀；随后将乙酸锌-乙醇混合液放置到55℃恒温水浴中，待体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中搅拌均匀，制得混合液；接下来将步骤(2)中制得的乳浊液滴加到混合液中，磁力搅拌反应4h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥，并在350℃热处理5h后，即可得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球。

其中，所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.2g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.5g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。离心是在8000r/min下处理10min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在75℃下进行。

(4)按1:10的体积比，将步骤(3)得到的SiO₂ZnO核壳结构微球与无水乙醇按照质量百分比0.45％配成混合液，随后将混合液超声分散20min，得到含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液。将清洗过的载玻片垂直放置于乳浊液中，并将整个体系置于恒温(45℃±1℃)真空干燥箱中，大约经过40h，待乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面就会生成一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

实施例5

一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比为1:1称取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)若干克，混合均匀后放置到烧杯中，按照每1.6g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向烧杯中加入去离子水，磁力搅拌混合，反应2h后过滤，沉淀物经过洗涤、离心、干燥，即可得到PVP修饰的SiO₂微球；

其中，离心是在7000r/min下处理13min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在60℃下进行。

(2)准确称量步骤(1)得到经PVP修饰的SiO₂微球0.10g，加入至10mL无水乙醇中超声混合10min，得到有SiO₂微球的乳浊液。

(3)按质量比为1:1称取乙酸锌和氢氧化锂若干克，分别将其溶解到无水乙醇中，搅拌混合均匀；随后将乙酸锌-乙醇混合液放置到50℃恒温水浴中，待体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中搅拌均匀，制得混合液；接下来将步骤(2)中制得的乳浊液滴加到混合液中，磁力搅拌反应2h后过滤，将沉淀物经洗涤、离心、干燥，并在300℃热处理6h后，即可得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

其中，所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.2g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.2g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。离心是在6000r/min下处理16min，洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；干燥是在80℃下进行。

(4)按1:14的体积比，将步骤(3)得到的SiO₂ZnO核壳结构微球与无水乙醇按照质量百分比0.45％配成混合液，随后将混合液超声分散30min，得到含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液。将清洗过的载玻片垂直放置于乳浊液中，并将整个体系置于恒温(45℃±1℃)真空干燥箱中，大约经过40h，待乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面就会生成一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

综上所述，本发明提供了一种颜色鲜艳、永不褪色，并且具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，即将纳米ZnO微粒包覆到SiO₂微球的表面来制备光子晶体结构色薄膜，从而获得一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。在紫外光的照射下，ZnO受激发后会产生电子-空穴对，电子能使其周围存在的氧还原成活性离子氧，而高性能的空穴可以分解催化剂表面附着的水而生成羟基自由基，进而将催化剂表面的污染物降解成无污染的二氧化碳和水等。SiO₂ZnO核壳结构中内核与外壳之间界面的存在，也使得催化降解效率增强。进一步地，还可以通过对该橙黄色光子晶体结构色材料进行热处理，用来增强其附着强度；经过高温热处理之后，结构色薄膜的呈色效果和光催化性能都得到提升。

Claims (10)

1.一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按1:(1～3)的质量比取粒径为252±5nm的SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮，混合后加水，充分搅拌反应后过滤，将沉淀经洗涤、离心及干燥处理，得到PVP修饰的SiO₂微球；按(0.1～0.25)g：10mL的料液比，将PVP修饰的SiO₂微球加入无水乙醇中超声混合处理，得到含有SiO₂微球的乳浊液；

2)按1：(1～2.5)的质量比取氢氧化锂和乙酸锌，将氢氧化锂和乙酸锌分别用无水乙醇溶解，搅拌混合均匀，分别得到氢氧化锂-乙醇混合液和乙酸锌-乙醇混合液；将乙酸锌-乙醇混合液于50～70℃恒温水浴下处理至体系温度稳定后，按1:1的体积比，将氢氧化锂-乙醇混合液滴加到乙酸锌-乙醇混合液中，搅拌均匀，制得混合液；

3)按1：(10～14)的体积比，将步骤1)中制得的含有SiO₂微球的乳浊液滴加到步骤2)制得的混合液中，充分搅拌反应后过滤，将沉淀经洗涤、离心、干燥处理后，在300～450℃热处理2～6h，得到具有光催化功能的SiO₂ZnO核壳结构微球；

4)将SiO₂ZnO核壳结构微球加无水乙醇，配成质量百分比为0.3～0.5％的混合液，将混合液超声分散，制得含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液；

5)将洁净的玻璃基片垂直放入含有SiO₂ZnO核壳结构微球的乳浊液中，于40～60℃真空干燥至乙醇挥发完全后，在玻璃基片表面生成具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)是按照每1.5～2.0g SiO₂微球粉体加入100mL水的用量配比向SiO₂微球粉体和聚乙烯吡咯烷酮混合后的体系中加去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的充分搅拌反应是采用磁力搅拌反应2～4h。

4.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)所述搅拌均匀是采用磁力搅拌反应2～6h。

5.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的超声混合处理时间为10～20min。

6.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的氢氧化铝-乙醇混合液是将0.1～0.2g的氢氧化锂溶于100mL无水乙醇中制得；所述乙酸锌-乙醇混合液是将0.1～0.5g的乙酸锌溶于100mL无水乙醇中制得。

7.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)和3)所述的离心是在4000～8000r/min下处理10～20min。

8.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)和3)所述的洗涤是将沉淀先经过去离子水洗2～4次，再经过无水乙醇清洗2～4次；所述的干燥是在60～80℃下进行。

9.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4)所述的超声分散时间为10～30min。

10.根据权利要求1所述的一种具有光催化效应的橙黄色光子晶体结构色薄膜的制备方法，其特征在于，步骤5)所述的洁净的玻璃基片是将玻璃基片先在质量浓度为30％的双氧水溶液中浸泡10h，再经过去离子水和无水乙醇清洗2～3次后得到。