【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光催化產(chǎn)氫材料的，具體涉及一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、tio2作為一種應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體光催化材料，具有化學(xué)性質(zhì)相對比較穩(wěn)定，氧化還原能力強、對環(huán)境無毒無污染、成本低廉等優(yōu)點。目前，二氧化鈦的光催化性能主要受兩個因素制約，一是tio2的禁帶寬度較寬，只能吸收紫外光，二是tio2被激發(fā)后，光生電子空穴對復(fù)合概率較高。在tio2材料中構(gòu)建n-p型異質(zhì)結(jié)可以有效的抑制光生電子、空穴的復(fù)合。
2、光催化過程可以分為光吸收、材料被激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴、空穴和電子分離、電子空穴遷移至催化劑表面、電子空穴與吸附物發(fā)生氧化還原反應(yīng)5個部分。所以提升一個材料的催化性能很大程度上取決于光生電荷的產(chǎn)生、分離、傳遞與利用。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)在光催化領(lǐng)域?qū)τ诟纳拼呋瘎┑男阅苡兄@著的作用。二元異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑已經(jīng)被研究者們廣泛研究，包括傳統(tǒng)ii異質(zhì)結(jié)、z型異質(zhì)結(jié)、表面異質(zhì)結(jié)和n-p異質(zhì)結(jié)等。
3、在這些異質(zhì)結(jié)中，由n型半導(dǎo)體與p型半導(dǎo)體所形成的n-p異質(zhì)結(jié)是一種非常受青睞的光催化材料，原因是這兩種類型的半導(dǎo)體中的費米能級差較大，在受光照之前會在兩相的界面上形成非常強的內(nèi)部電場，可以促進電荷的有效轉(zhuǎn)移和分離。目前研究，存在相關(guān)專利有關(guān)于二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備，但與本專利所設(shè)計制備方法創(chuàng)新點不同。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法。本專利技術(shù)
2、本專利技術(shù)為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：
3、一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料，它由以下方法制備得到：
4、1)將無定形二氧化鈦(tio2-as)溶解于無水乙醇中，超聲分散均勻，然后加入甘油攪拌20-40min，再加入鈦酸四丁酯攪拌20-40min；
5、2)將步驟1)所得混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，170-190℃恒溫反應(yīng)10-15h，冷卻至室溫后，分離出固體產(chǎn)物并洗滌干燥；
6、3)將步驟2)所得固體產(chǎn)物在空氣氣氛中450-500℃鍛燒1.5-2.5h，即得到具有n-p型同質(zhì)結(jié)的二氧化鈦tio2枝狀結(jié)構(gòu)；
7、4)將乙酸銅溶解在無水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮混合均勻，得到混合溶液；
8、5)往步驟4)所得混合溶液中加入具有n-p型同質(zhì)結(jié)的二氧化鈦tio2枝狀結(jié)構(gòu)，30-50℃恒溫攪拌20-40min，得到前驅(qū)體溶液；
9、6)往步驟5)所得前驅(qū)體溶液中加入葡萄糖溶液，混合均勻后加入氫氧化鈉，產(chǎn)生沉淀后，超聲3-5min，所得沉淀產(chǎn)物用乙醇和去離子水交替洗滌后干燥，即得到二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料。
10、按上述方案，步驟1)中，無定形二氧化鈦(tio2-as)的制備方法，包括如下步驟：
11、(1)將二氧化鈦p25加入去離子水中，二氧化鈦p25的投加濃度為4-6mg/ml，攪拌至乳白色溶液；
12、(2)將步驟(1)所的混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，170-190℃恒溫反應(yīng)45-50h，冷卻至室溫后，將產(chǎn)物用去離子水洗滌后干燥；
13、(3)將步驟(2)中產(chǎn)物研磨后溶于0.05-0.2mol/l的hcl中，超聲攪拌24h后抽濾，將產(chǎn)物再溶于hcl，重復(fù)上述步驟3次，將產(chǎn)物用去離子水洗滌后干燥，得到tio2-as。
14、按上述方案，步驟1)中，無水乙醇中tio2-as的投加濃度為2-6mg/ml，甘油和無水乙醇之間的體積比為1：(2-4)，鈦酸四丁酯的投加濃度為20-30mg/ml(此處投加濃度指的是相對于甘油和無水乙醇總體積的質(zhì)量濃度)。
15、按上述方案，步驟4)中，無水乙醇中乙酸銅的投加濃度為3-6mg/ml，聚乙烯吡咯烷酮的投加濃度為10-15mg/ml。
16、按上述方案，步驟4)通過30-50℃恒溫攪拌5-15min達到混合均勻。
17、按上述方案，步驟5)中，具有n-p型同質(zhì)結(jié)的二氧化鈦tio2枝狀結(jié)構(gòu)的投加濃度為5-10mg/ml。
18、按上述方案，步驟6)中，葡萄糖溶液的濃度為0.1-0.3mol/l；葡萄糖溶液和前驅(qū)體溶液之間的體積比為1：(2-4)。
19、按上述方案，步驟6)中，氫氧化鈉在葡萄糖溶液和前驅(qū)體溶液兩者混合后溶液中的投加濃度為8-12mg/ml。
20、上述方法制備的二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料可以作為光催化劑用于光催化產(chǎn)氫領(lǐng)域。該二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料中，tio2為枝狀結(jié)構(gòu)，cu2o顆粒負載在tio2枝上；cu2o顆粒的尺寸約為10～15nm，尺寸較為均一，分散也較為均勻，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的cu2o顆粒團聚的現(xiàn)象顆粒；而且，tio2與cu2o理論質(zhì)量比為(4-6):1，優(yōu)選5:1。
21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
22、本專利技術(shù)首先采用水熱法和燒結(jié)法制備具有n-p型同質(zhì)結(jié)的tio2枝狀結(jié)構(gòu)，然后通過化學(xué)沉淀法在具有n-p型同質(zhì)結(jié)的tio2枝狀結(jié)構(gòu)中引入p型半導(dǎo)體催化劑cu2o，在p-tio2和cu2o之間再構(gòu)建一個p-p型異質(zhì)結(jié)，從而在空間上形成n-p-p型三元異質(zhì)結(jié)的電子連續(xù)轉(zhuǎn)移途徑，達到進一步提升材料光催化性能的目的。本專利技術(shù)所制備的二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料中，cu2o顆粒被負載在了具有n-p型同質(zhì)結(jié)tio2上，使其對光的響應(yīng)范圍擴寬到了400nm左右，提高了材料的光利用率，而且三元異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑使得電荷可以有效地分離和連續(xù)地轉(zhuǎn)移，有效地抑制了光生載流子的分離，因此是一種非常具有前景的光催化劑，表現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化分解水產(chǎn)氫性能。
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1.一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，無水乙醇中TiO2-As的投加濃度為2-6mg/mL，甘油和無水乙醇之間的體積比為1：(2-4)，鈦酸四丁酯的投加濃度為20-30mg/mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟4)中，無水乙醇中乙酸銅的投加濃度為3-6mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的投加濃度為10-15mg/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟4)通過30-50℃恒溫攪拌5-15min達到混合均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟5)中，具有n-p型同質(zhì)結(jié)的二氧化鈦TiO2枝狀結(jié)構(gòu)的投加濃度為5-10mg/mL。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟6)中，葡萄糖溶液的濃度為0.1-0.
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟6)中，氫氧化鈉在葡萄糖溶液和前驅(qū)體溶液兩者混合后溶液中的投加濃度為8-12mg/mL。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，所述無定形二氧化鈦的制備方法，包括如下步驟：
9.權(quán)利要求1-8中任一項方法制備的二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料，其特征在于，以具有n-p型同質(zhì)結(jié)的TiO2枝狀結(jié)構(gòu)為載體，引入p型半導(dǎo)體催化劑Cu2O納米顆粒，在空間上形成n-p-p型三元異質(zhì)結(jié)材料；其中，TiO2與Cu2O理論質(zhì)量比為(4-6):1。
10.權(quán)利要求9所述二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料作為光催化劑在光催化產(chǎn)氫領(lǐng)域的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，無水乙醇中tio2-as的投加濃度為2-6mg/ml，甘油和無水乙醇之間的體積比為1：(2-4)，鈦酸四丁酯的投加濃度為20-30mg/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟4)中，無水乙醇中乙酸銅的投加濃度為3-6mg/ml，聚乙烯吡咯烷酮的投加濃度為10-15mg/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟4)通過30-50℃恒溫攪拌5-15min達到混合均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其特征在于，步驟5)中，具有n-p型同質(zhì)結(jié)的二氧化鈦tio2枝狀結(jié)構(gòu)的投加濃度為5-10mg/ml。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳思明，劉韻笛，陽曉宇，何莉，王倚天，肖詩天，田歌，
申請(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)深圳研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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