CN103613130A - 一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法。该方法过程包括：将P25颗粒加入到NaOH溶液中，经水热反应、洗涤、干燥及煅烧得到二氧化钛纳米线；分别将PbCl₂和S溶解到油胺中得到Pb和S的前驱体溶液，再将Pb的前驱体溶液与S的前驱体溶液混合，经淬冷、提纯，得到硫化铅量子点；将二氧化钛纳米线的甲苯和油胺的混合溶液与硫化铅量子点的甲苯溶液混合，经离心，取沉淀物分散在甲苯中，得到二氧化钛纳米线与硫化铅量子点的复合材料。本发明优点：制备工艺简单，所制得的复合材料硫化铅量子点在二氧化钛纳米线上分散均匀，使得二氧化钛的光谱响应范围拓宽到可见光和近红外区域，从而提高了该复合材料的太阳光转化效率。

Description

一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法，属于二氧化钛纳米复合材料技术领域。

背景技术

能源短缺与环境恶化成为制约人类社会可持续发展的两个关键问题，太阳能作为一种绿色清洁的可再生能源日益受到人们的关注。二氧化钛具有制造成本低、无毒、无污染、化学稳定性好等优点而获得广泛应用，例如在太阳能电池、光催化分解水制氢、气体传感器、生物杀菌等方面。但是，二氧化钛作为一种宽带隙半导体（禁带宽度 Eg=3.1 eV），只能在紫外光区域有光响应，总的太阳光利用效率低下。通常在用作光电和光化学材料时，需要对其进行敏化将其光谱的吸收范围拓宽到可见光甚至近红外区域，以期提高其使用性能。在众多敏化材料之中，硫化铅量子点由于其较小的带隙（块体材料Eg=0.41 eV）和大的波尔半径（D=18 nm），可以在较大的尺寸范围内通过量子限域效应进行能带调控，是制得的硫化铅量子点在可见光和近红外区域有良好的吸收性能。另外，由于硫化铅量子点比二氧化钛具有较高的导带能级，因此，在硫化铅/二氧化钛复合材料中的光生电子有利于向二氧化钛导带迁移，降低了光生电子-空穴对的复合，从而达到光生电荷的有效分离，提高材料的光电性能。

目前制备二氧化钛/硫化铅复合结构的方法主要是先利用水热法或者阳极氧化法制备出二氧化钛纳米线，随后在二氧化钛纳米线上利用电化学沉积硫化铅，获得二氧化钛/硫化铅的复合结构材料。但是由于在实验室过程中高电压有一定的危险性，因而阳极氧化法制备的二氧化钛数量有限；而在沉积硫化铅时，电化学沉积法沉积量变化迅速，难以控制，也限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法。该方法具有制备过程简单的特点，所制得的复合材料具有较高的光电性能。

本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1）水热法制备二氧化钛纳米线

将NaOH粉末加入到去离子水中配制浓度为8～12 mol/L的NaOH溶液，按溶液中NaOH与P25颗粒按质量比为16:1,将P25颗粒加入到NaOH溶液中，经过超声，搅拌混合均匀，然后加入水热反应釜中，在180～200 ℃温度范围内反应24～48 h，之后自然冷却至室温，反应产物用去离子水洗涤至中性之后，用0.1 mol/L的HCl搅拌洗涤，再用去离子水洗涤至中性，然后在空气中干燥，最后将产物以5 ℃/min的速率升至500 ℃煅烧3 h，得到二氧化钛纳米线；

2）  硫化铅量子点的制备

将PbCl₂粉末加入到油胺中配制成浓度为1 mmol/mL的PbCl₂溶液，在氩气保护下在温度90～120 ℃下反应2～3 h，得到Pb的前驱体溶液；将S粉加入到油胺溶液中配制成浓度为0.33 mmol/mL的S粉溶液，在氩气保护下在温度90～120 ℃下反应2～3 h，得到S的前驱体溶液；然后按Pb的前驱体溶液与S的前驱体溶液体积比为1:2混合，在90～120 ℃反应2～10 min，然后在正己烷中淬冷，放置24 h后用乙醇提纯，提纯后的量子点重新分散在甲苯溶液中，最终得到硫化铅量子点；

3）利用双官能团物质的非共价键结合方法负载硫化铅量子点

按照硫化铅量子点与二氧化钛纳米线的每毫升的摩尔比为（2～4）:1的比例分别将步骤1）制得的二氧化钛纳米线和步骤2）所制得硫化铅量子点配制成甲苯溶液，再在二氧化钛纳米线的甲苯溶液中按照体积比1:1加入油胺，经过超声震荡混合得到二氧化钛纳米线的混合溶液，再按二氧化钛纳米线的混合溶液和硫化铅量子点的甲苯溶液体积比为2:1，经超声震荡均匀，再经离心，去掉上层液体，将沉淀物重新分散在甲苯中，最终得到二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料。

本发明具有以下优点：制备工艺简单，所制得的复合材料中，硫化铅量子点在二氧化钛纳米线上分散均匀，使得二氧化钛的光谱响应范围拓宽到可见光和近红外区域，从而提高了复合材料的太阳光转化效率。

附图说明

图1为实施例一所制得的二氧化钛纳米线SEM图。

图2为实施例一所制得的二氧化钛纳米线TEM图。

图3为实施例一所制得的二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的TEM图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步的描述，这些实例只是用于说明本发明，并不限制本发明。

实施例一

配制80 mL浓度为10 mol/L的NaOH溶液；称取2 g的P25粉末，加入到NaOH溶液中，超声30 min，搅拌30 min，溶液混合均匀；随后将配制好的溶液转移到水热反应釜中，放入烘箱在200 ℃反应24 h；水热反应结束后，将反应釜中的产物用去离子水洗至中性，将产物在0.1M的盐酸溶液中搅拌酸洗5 h，随后再用去离子水将产物洗至中性，在空气中烘干，最后将产物以5 ℃/min升温至500 ℃煅烧3 h，得到二氧化钛纳米线。

称取0.2780 g的PbCl₂和0.16 g的S粉分别加入到5 mL和10 mL的油胺中，通氩气10 min，再抽真空10 min，通氩气和抽真空依次进行4次，在氩气的保护下将温度加热到90 ℃反应1 h，然后将含有PbCl₂的油胺溶液注入到含S的油胺溶液中，在90 ℃反应2 min，然后放入0 ℃的正己烷中淬冷，随后以8000  r/min的速率离心5 min，去掉上清液，将沉淀重新分散在2 mL甲苯溶液中，得到浓度为1.5 mmol/mL 硫化铅量子点。

称取0.01 g的二氧化钛纳米线粉末加入到2 mL的甲苯中配制成浓度0.625 mmol/mL的甲苯溶液，超声5 min，震荡5 min，超声震荡依次进行四次配制成二氧化钛纳米线的甲苯溶液，再向二氧化钛纳米线的甲苯溶液中加入2 mL的油胺，超声5 min，震荡5 min，进行四次循环使溶液混合均匀得到二氧化钛纳米线的混合溶液，量取0.2 mL的二氧化钛纳米线的混合溶液和0.2 mL上述制备的硫化铅量子点的溶液，超声5 min，震荡5 min，进行2次循环。然后以5000 r/min，离心5 min，倒掉上层液体，沉淀物重新分散在甲苯中保存，制得二氧化钛纳米线和硫化铅量子点的复合材料。

上述制得的复合材料，经过紫外-可见分光光度计测量光响应的波长范围由紫外区域的378 nm，扩展到了可见光区域410 nm。

实施例二

       本实施例与实施例一步骤相同，不同之处在于：制取二氧化钛纳米线的过程中，将P25的用量由2 g变为1.5 g；水热的温度由200 ℃变为180 ℃，水热反应的时间由24 h变为48 h。所制得的二氧化钛纳米线没有变化。

实施例三

本实施例与实施例一步骤相同，不同之处在于：在制备硫化铅量子点时将反应温度由90 ℃改变为120 ℃；在二氧化钛纳米线和硫化铅量子点的复合过程中，将二氧化钛纳米线的用量由10 mg变为5 mg。

实施例四；

本实施例与实施例一步骤相同，不同之处在于：制取二氧化钛纳米线的过程中，将P25的用量由2 g变为1.5 g；水热反应的时间由24 h变为48 h；在二氧化钛纳米线和硫化铅量子点的复合过程中，将硫化铅量子点的甲苯溶液的浓度由将二氧化钛纳米线的用量由10 mg变为5 mg。

Claims (1)

1.一种二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1）水热法制备二氧化钛纳米线

将NaOH粉末加入到去离子水中配制浓度为8～12 mol/L的NaOH溶液；按溶液中NaOH与P25颗粒质量比为16:1,将P25颗粒加入到NaOH溶液中，经过超声，搅拌混合均匀，然后加入水热反应釜中，在180～200 ℃温度范围内反应24～48 h，之后自然冷却至室温，反应液用去离子水洗涤至中性之后，用0.1 mol/L的HCl搅拌洗涤，再用去离子水洗涤至中性，然后在空气中干燥，最后将产物以5 ℃/min的速率升至500 ℃煅烧3 h，得到二氧化钛纳米线；

2）硫化铅量子点的制备

将PbCl₂粉末加入到油胺中配制成浓度为1 mmol/mL的PbCl₂溶液，在氩气保护下在温度90～120 ℃下反应2～3 h，得到Pb的前驱体溶液；将S粉加入到油胺溶液中配制成浓度为0.33 mmol/mL的S粉溶液，在氩气保护下在温度90～120 ℃下反应2～3 h，得到S的前驱体溶液；然后按Pb的前驱体溶液与S的前驱体溶液体积比为1:2混合，在90～120 ℃反应2～10 min，然后在正己烷中淬冷，放置24 h后用乙醇提纯，提纯后的量子点重新分散在甲苯溶液中，最终得到硫化铅量子点；

3）利用双官能团物质的非共价键结合方法负载硫化铅量子点

按照硫化铅量子点与二氧化钛纳米线的每毫升的摩尔比为（2～4）:1的比例分别将步骤1）制得的二氧化钛纳米线和步骤2）所制得硫化铅量子点配制成甲苯溶液，再在二氧化钛纳米线的甲苯溶液中按照体积比1:1加入油胺，经过超声震荡混合得到二氧化钛纳米线的混合溶液，再按二氧化钛纳米线的混合溶液和硫化铅量子点的甲苯溶液体积比为2:1，经超声震荡均匀，再经离心，去掉上层液体，将沉淀物重新分散在甲苯中，最终得到二氧化钛纳米线与硫化铅量子点复合材料。

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