CN103801281B - 一种钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带的制备方法，将强碱和纳米二氧化钛，或含钛的有机前躯体加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入恒温烘箱中静置反应；反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7～8；再用盐酸清洗；将清洗后产物超声分散到锌盐的水溶液中，持续搅拌；离心分离，沉淀物烘干；烘干后粉体放在450～700？℃的马弗炉中煅烧3～8小时，得到钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带。本发明原料廉价，合成过程中不须加入表面活性剂，工艺简单，合成材料的形貌控制稳定。所得产物可应用于太阳能电池、光催化剂、气敏传感器等领域。

Description

一种钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米带的制备方法，特别是涉及一种钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带的化学制备方法，属于材料化学技术领域。

背景技术

二氧化钛是重要的多功能的氧化物半导体材料，在光伏器件、光催化、气敏和生物传感器方面都有重要应用。在一维结构纳米二氧化钛上生长异质结构可以改变表面能带结构，调节材料的光电特性和催化性质。目前，多种材料修饰二氧化钛复合结构被报道，如Ag、Au、Ag₃PO₄等纳米颗粒修饰的TiO₂纳米带复合结构（W.J.Zhou,G.J.Du,P.G.Hu,G.H.Li,D.Z.Wang,H.Liu,J.Y.Wang,R.I.Boughton,DuoLiu,H.D.Jiang.J.Mater.Chem.2011,21,7937；Y.M.Wang,G.J.Du,H.Liu,D.Liu,S.B.Qin,J.Y.Wang.J.Nanosci.Nanotechnol.2009,9,2119；R.Y.Liu,P.G.Hu,S.W.Chen.Appl.SurfaceSci.2012,258,9805）。堵国君等人合成了花状ZnO修饰的TiO₂纳米带结构（堵国君,王彦敏,胡培广,刘宏,刘铎,王继扬.稀有金属.2009,6,836）；苏碧桃等人采用溶胶凝胶工艺合成ZnTiO₃-TiO₂复合纳米微球，发现其光催化降解亚甲基蓝的效率高于纯TiO₂和ZnO（苏碧桃,朱平武,许晶晶,赵丽.应用化学.2011,1,33），而ZnTiO₃纳米颗粒（量子点）修饰TiO₂纳米带及其光催化性能未有报道。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供快速廉价的化学方法合成一种ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带的化学制备方法。

一种钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将强碱和纳米二氧化钛，或含钛的有机前躯体加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入150～180℃恒温烘箱中静置反应6～12小时；

（2）反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7～8；再用0.1～0.5mol/L的盐酸清洗3～5次；

（3）将清洗后产物超声分散到锌盐的水溶液中，并持续搅拌8～12小时；

（4）将步骤（3）产物离心分离，沉淀物放入50～70℃的烘箱中烘干；

（5）烘干后粉体放在450～700℃的马弗炉中煅烧3～8小时，得到钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带。

所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其组合，其在最后混合溶液中的浓度为6～12mol/L；所述钛的有机前躯为钛酸正丁酯，或异丙醇钛，其在最后混合溶液中钛元素的浓度为0.05～0.1mol/L。

所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、醋酸锌中的一种或其组合，锌盐的水溶液中锌离子的浓度为0.1～0.5mol/L。

本发明原料廉价，合成过程中不须加入表面活性剂，工艺简单，合成材料的形貌控制稳定。所得产物可应用于太阳能电池、光催化剂、气敏传感器等领域。

附图说明

图1为本发明实施例1合成ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带的XRD图谱。

ZnTiO₃（JCPDS39-0190）和TiO₂（JCPDS21-1272）的标准图谱作为比较。

图2为本发明实施例1合成ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带的透射电镜照片。

图3为本发明实施例1合成ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带的EDS能谱。

图4(a)为采用纯TiO₂纳米带紫外光催化降解甲基橙的效果图；

采用本发明(b)实施例1、(c)实施例2和(d)实施例3合成ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带紫外光催化降解甲基橙的效果图。相同时间ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带比纯TiO₂纳米带降解效率有大幅的提升。

具体实施方式

实施例1：

ZnTiO3量子点修饰TiO2纳米带的合成：

首先将0.8mol氢氧化钠和6mmol纳米二氧化钛加入80mL去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入180^oC恒温烘箱中静置反应10小时；然后反应产物用去离子水反复清洗直至pH值为8；再用0.2mol/L的盐酸清洗4次；将清洗后产物超声分散到硝酸锌水溶液中，并持续搅拌12小时；产物离心分离得到沉淀物，放入60℃的烘箱中烘干；最后将烘干的粉体放在600℃的马弗炉中煅烧5小时得到ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带。

图1显示生成产物含有ZnTiO₃和TiO₂两相；图2显示4～5纳米左右的小颗粒修饰在TiO₂纳米带上形成异质结；图3显示产物含有Zn、Ti、O元素，结合各种表征表明TiO₂纳米带上的纳米颗粒为ZnTiO₃。图4(b)显示采用合成的ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带作为紫外光催化剂降解甲基橙40分钟降解率达到99.3%，远高于纯TiO₂纳米带的催化效果（图4(a)：40分钟降解率76.7%，60分钟88.6%）。

实施例2：

重复实施例1，但分别用钛酸正丁酯和氯化锌代替纳米二氧化钛和硝酸锌，得到ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带。图4(c)显示采用该样品作为紫外光催化剂降解甲基橙40分钟降解率为93.4%。

实施例3：

重复实施例1，但分别用异丙醇钛和醋酸锌代替纳米二氧化钛和硝酸锌，得到ZnTiO₃量子点修饰TiO₂纳米带。图4(d)显示采用该样品作为紫外光催化剂降解甲基橙40分钟降解率为91.2%。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将强碱和纳米二氧化钛，或含钛的有机前驱体加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入150～180℃恒温烘箱中静置反应6～12小时；

（2）反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7～8；再用0.1～0.5mol/L的盐酸清洗3～5次；

（3）将清洗后产物超声分散到锌盐的水溶液中，并持续搅拌8～12小时；

（4）将步骤（3）产物离心分离，沉淀物放入50～70℃的烘箱中烘干；

（5）烘干后粉体放在450～700℃的马弗炉中煅烧3～8小时，得到钛酸锌量子点负载二氧化钛纳米带；

所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其组合，其在最后混合溶液中的浓度为6～12mol/L；所述钛的有机前驱体为钛酸正丁酯，或异丙醇钛，其在最后混合溶液中钛元素的浓度为0.05～0.1mol/L；

所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、醋酸锌中的一种或其组合，锌盐的水溶液中锌离子的浓度为0.1～0.5mol/L。