一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法

技术领域

本技术属于结构色材料领域，具体涉及一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法。

背景技术

在自然界，从孔雀的羽毛或蝴蝶翅膀上最明亮的虹彩光泽，到变色龙或章鱼的适应自性变色，色彩的进化产生了非凡的光学效果。这些光学效应通常是由材料在纳米级和微米级的复杂内部结构引起的，可见光在该结构上被反射，色散衍射或散射。经科学探究色彩的微观结构后发现，这是光子晶体和非晶光子晶体结构。光子晶体具有周期性介电结构的排列组合，也被称为光子带隙，结构色的出现是可见光波段内的光子在光子带隙内发生布拉格衍射和散射所致。一般人工复制的光子晶体具有绚丽的虹彩效应，不同方向观察且颜色不同，而非晶光子晶体产生的柔和的结构色更适用于生产应用，非晶光子晶体具有较强的非相干散射，使材料呈现白色外观，当前研究者采用乙炔黑、聚吡咯等光吸收材料制备无角度依赖性的结构色料，但是非晶光子晶体材料的产生的颜色会受到黑色吸收材料的影响，掺杂量也需要精准把控（CN107121714A）。同时，结构生色材料由于非晶光子晶体的结构单元之间仅利用静电作用力连接，若受到机械外力破坏，颜色发生改变，这也限制了无角度依赖结构色料的适用范围（CN105174302A、CN105174301A）。

长程无序、短程无序的非晶光子晶体结构因其呈现无角度依赖的结构色，且色彩明亮，使用范围广泛，将结构生色材料附加光催化特性，使其在颜料、涂料等装饰材料中应用后，解决装饰过程中产生的甲醛、苯等对人体有害物质的污染问题。具有光催化效应的无角度依赖的结构色材料还鲜为人知，具有结构稳定的具备光催化效应的材料更是未曾有研究者进行研究报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法，制备的结构稳定的具有优异的光催化性能的无角度依赖的结构生色材料，这弥补了结构稳定的无角度依赖的结构色材料与光催化功能结合的应用领域的空白。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法，包括以下步骤：

1）SiO

取正硅酸乙酯溶于乙醇溶液混合20min，取氨水溶于乙醇溶液中混合10min，将正硅酸乙酯的乙醇溶液按照0.02mL/S的速度滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.1-0.5 mol/L，正硅酸乙酯浓度为0.6-2.0 mol/L，25~40℃恒温搅拌反应时间为2~8h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO

2）SiO

将220nmSiO

3）SiO

2 mmol钛酸异丙酯溶解于65mL乙醇与35mL乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2）制得的乳液中，钛酸异丙酯和SiO

4）PA分散液的制备；

采用乳液聚合法，将5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0丙烯酸丁酯混合均匀，倒入装有90 mL去离子水的三口烧瓶中，油浴反应30min，加入0.1 g过硫酸钾，在70-85℃反应搅拌4-7 h后得到聚丙烯酸酯（PA）分散液；

5）PA/SiO

将质量比为0.1：10的SiO

所述的步骤1）中25~40℃恒温搅拌反应3-6h。

所述的步骤4）中油浴反应温度为70-85 ℃。

所述的步骤4）中搅拌5 h。

所述的步骤5）中在室温下超声反应6 h。

所述的步骤1）和3）中将沉淀先水洗2~4次，再经过无水乙醇清洗2~4次。

所述的干燥温度为70℃。

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

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用溶胶凝胶法制备得到SiO

本发明制备的结构稳定的SiO

附图说明

图1为实施例1和对比例1实物对比图，左图为对比例1制备的SiO

图2为实施例1制备的SiO

图3为实施例1制备的SiO

图4为实施例1所得结构稳定的具有光催化效应的非晶光子晶体结构生色材料的罗丹明B的光催化降解图。

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，但本发明不局限于以下实施例。

实施例1

一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法，包括如下步骤：

1）SiO

取正硅酸乙酯溶于乙醇溶液混合20min，取氨水溶于乙醇溶液中混合10min，将正硅酸乙酯的乙醇溶液按照0.02mL/S的速度滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.2 mol/L，正硅酸乙酯浓度为0.7 mol/L，30℃恒温搅拌反应4h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO

2）SiO

将0.2g的210 nmSiO

3）SiO

2 mmol钛酸异丙酯溶解于65mL乙醇与35mL乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2）制得的乳液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、70℃干燥处理，得到前驱体；在负压环境下，将前驱体在350℃热处理2h，得到具有光催化效应的SiO

4）PA分散液的制备

采用乳液聚合法，将5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0丙烯酸丁酯混合均匀，倒入装有90 mL去离子水的三口烧瓶中，70℃油浴反应30min，加入0.1 g过硫酸钾，搅拌6 h后得到聚丙烯酸酯（PA）分散液。

5）PA/SiO

将质量比为0.1：10的SiO

实施例2

一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法，包括如下步骤：

1）SiO

取正硅酸乙酯溶于乙醇溶液混合20min，取氨水溶于乙醇溶液中混合10min，将正硅酸乙酯的乙醇溶液按照0.02mL/S的速度滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.3 mol/L，正硅酸乙酯浓度为1.2mol/L，35℃恒温搅拌反应3h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO

2）SiO

将0.1g的220nmSiO

3）SiO

2 mmol钛酸异丙酯溶解于65mL乙醇与35mL乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2）制得的乳液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、70℃干燥处理，得到前驱体；在负压环境下，将前驱体在400℃热处理2 h，得到具有光催化效应的SiO

4）PA分散液的制备

采用乳液聚合法，将5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0丙烯酸丁酯混合均匀，倒入装有90 mL去离子水的三口烧瓶中，78℃油浴反应30min，加入0.1 g过硫酸钾，搅拌5 h后得到聚丙烯酸酯（PA）分散液。

5）PA/SiO

将质量比为0.1：10的SiO

实施例3

一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法，包括如下步骤：

1）SiO

取正硅酸乙酯溶于乙醇溶液混合20min，取氨水溶于乙醇溶液中混合10min，将正硅酸乙酯的乙醇溶液按照0.02mL/S的速度滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.2 mol/L，正硅酸乙酯浓度为1.4 mol/L，40℃恒温搅拌反应5 h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO

2）SiO

将0.3g 230nmSiO

3）SiO

2 mmol钛酸异丙酯溶解于65mL乙醇与35mL乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2）制得的乳液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、70℃干燥处理，得到前驱体；在负压环境下，将前驱体在400℃热处理2 h，得到具有光催化效应的SiO

4）PA分散液的制备

采用乳液聚合法，将5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0丙烯酸丁酯混合均匀，倒入装有90 mL去离子水的三口烧瓶中，82℃油浴反应30 min，加入0.1 g过硫酸钾，搅拌6 h后得到聚丙烯酸酯（PA）分散液。

5）PA/SiO

将质量比为0.1：10的SiO

实施例4

一种具有光催化效应的结构稳定的结构生色材料制备方法，包括如下步骤：

1）SiO

取正硅酸乙酯溶于乙醇溶液混合20min，取氨水溶于乙醇溶液中混合10min，将正硅酸乙酯的乙醇溶液按照0.02mL/S的速度滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.5 mol/L，正硅酸乙酯浓度为2.0 mol/L，40℃恒温搅拌反应6h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO

2）SiO

将0.2g的220nmSiO

3）SiO

2 mmol钛酸异丙酯溶解于65mL乙醇与35mL乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2）制得的乳液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、70℃干燥处理，得到前驱体；在负压环境下，将前驱体在380℃热处理2-5h，得到具有光催化效应的SiO

4）PA分散液的制备

采用乳液聚合法，将5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0丙烯酸丁酯混合均匀，倒入装有90 mL去离子水的三口烧瓶中，72℃油浴反应30min，加入0.1 g过硫酸钾，搅拌5 h后得到聚丙烯酸酯（PA）分散液。

5）PA/SiO

将质量比为0.1：10的SiO

对比例1

包括以下步骤：

取正硅酸乙酯溶于乙醇溶液混合20min，取氨水溶于乙醇溶液中混合10min，将正硅酸乙酯的乙醇溶液按照0.02mL/S的速度滴入氨水的乙醇溶液中，使氨水浓度为0.5 mol/L，正硅酸乙酯浓度为2.0 mol/L，40℃恒温搅拌反应6h，反应完成后离心、洗涤、干燥得到SiO

2）SiO

将0.2g的220nmSiO

3）SiO

2 mmol钛酸异丙酯溶解于65mL乙醇与35mL乙腈的混合溶液中，搅拌均匀后逐滴加入到步骤2）制得的乳液中，充分反应后将沉淀洗涤、离心、70℃干燥处理，得到前驱体；在负压环境下，将前驱体在380℃热处理2-5h，得到具有光催化效应的SiO

4）PA分散液的制备

采用乳液聚合法，将5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0丙烯酸丁酯混合均匀，倒入装有90 mL去离子水的三口烧瓶中，72℃油浴反应30min，加入0.1 g过硫酸钾，搅拌5 h后得到聚丙烯酸酯（PA）分散液。

5）PA/SiO

将质量比为0.1：10的SiO

实施例1和对比例1制得的样品如图1所示，左图为对比例1制备的材料，颜色为白色，右图为实施例1制备的样品，颜色为绿色，色彩明亮。说明负压热处理下可以产生氧缺陷，使得到的产品为色彩明亮的非晶光子晶体结构，经过PA喷涂得到绿色薄膜和白色薄膜。

实施例1和对比例1的X射线衍射图谱如图2所示，衍射角2θ=25.28°、48.05°、53.89°、62.69°、68.76°、75.03°分别对应TiO

图3为实施例1所得具有光催化效应的非晶光子晶体结构色料的SEM图，从3a 和3b图中可以看出，二氧化硅原本光滑的表面变粗糙，TiO

图4为实施例1所得具有光催化效应的的非晶光子晶体结构色料对罗丹明B的光催化降解图，SiO

综上所述，本发明公开的一种具有有光催化效应的非晶光子晶体结构色材料的制备方法，包括纳米SiO