CN104437551A - 一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法 - Google Patents

一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104437551A
CN104437551A CN201410750902.7A CN201410750902A CN104437551A CN 104437551 A CN104437551 A CN 104437551A CN 201410750902 A CN201410750902 A CN 201410750902A CN 104437551 A CN104437551 A CN 104437551A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cus
tio
nanobelt
immobilization
photochemical catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410750902.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104437551B (zh
Inventor
陈清华
辛言君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Agricultural University
Original Assignee
Qingdao Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Agricultural University filed Critical Qingdao Agricultural University
Priority to CN201410750902.7A priority Critical patent/CN104437551B/zh
Publication of CN104437551A publication Critical patent/CN104437551A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104437551B publication Critical patent/CN104437551B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法,其特征在于,具体包括如下步骤:(1)钛片的预处理;(2)对钛片进行电化学阳极氧化处理,制备固定化TiO2纳米带;(3)采用连续离子层吸附反应方法制备CuS修饰的固定化TiO2纳米带。本发明方法制备的光催化剂不但能够吸收可见光,而且促进了光生电子-空穴的分离,进而提高光催化效率,能够有效的去除环境中的有机污染物,并避免造成纳米污染。

Description

一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法
技术领域
本发明属于利用太阳能处理环境中污染物的光催化材料的制备领域,涉及一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法。
背景技术
TiO2半导体光催化剂在环境治理中表现出了良好的应用前景,因此在过去的几十年中得到了广泛的研究。但是,要实现TiO2光催化剂的实际应用仍然存在很多障碍,因此,设计和制备一款高效的具有实用价值的光催化剂是当务之急。TiO2光催化剂的形貌是影响其光催化性能的重要因素,能够影响载流子的分离、表面活性位点的数量和可接触表面积的大小等,具有良好形貌的TiO2光催化剂能够保证其具有高的可接触表面积,促进反应基团的快速传输,提高光催化性能。由于光生电子和空穴的生命周期很短,其在反应体系中迁移的距离很小,因此,只有吸附在TiO2光催化剂表面的分子才能有效的捕获电子和空穴,被氧化或者还原,因此,光催化剂的可接触表面积对其光催化性能起着至关重要的作用。此外,控制TiO2光催化剂的形貌还能减少光生电子-空穴对的复合。TiO2光催化剂的活性不但受其形貌影响,而且还与其晶相有关,许多研究结果显示锐钛矿相比金红石相表现出更高的光生电子-空穴对分离效率,因此具有更高的光催化活性。
利用窄带隙半导体与TiO2进行耦合是一种有效提高TiO2光催化性能的方法。两种半导体耦合需要具有有差异的带隙,才能够有效的减少光生电子-空穴对的复合,增长光生载流子的寿命,并且提高对可见光的响应。CuS是一种重要的半导体过渡金属硫属化合物,作为一种P型半导体,由于其特殊的性能以及在传感器、太阳能转化、催化剂和非线性光学材料等方面的应用,近来受到了广泛的关注。CuS是一种窄带隙半导体(2.0eV),而且,作为一种无毒的、廉价的和稳定的光催化剂,是一种理想的用于环境污染治理的半导体材料。与CdS和CdSe相比,CuS纳米晶体的毒性更低,在环境污染治理过程中具有更好的环境友好性。CuS和TiO2组成的复合体系不但能够吸收可见光,而且促进了光生电子-空穴的分离,进而提高光催化效率。因此,如何研发一种制备CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的方法,是本发明要解决的技术问题,具有重要的现实意义。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种制备CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的方法,该方法制备的光催化剂不但能够吸收可见光,而且促进了光生电子-空穴的分离,进而提高光催化效率,能够有效的去除环境中的有机污染物,并避免造成纳米污染。
本发明采取的技术方案如下:
一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)钛片的预处理:首先,把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格,然后,分别在纯度为99.5%的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min,并且酸洗30s,最后,用去离子水冲洗干净,并于105℃空气中干燥1h备用;
(2)固定化TiO2纳米带制备:对钛片进行电化学阳极氧化处理,以钛片为阳极,铂片为阴极,电解液为乙二醇,保持电压为60-80V恒压,温度为25℃恒温,电极间距为2cm,阳极氧化3-5h,得到的样品在空气中550℃煅烧2h,得到锐钛矿TiO2纳米带;
(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备:把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1-2mmol/L的硝酸铜和浓度为1-2mmol/L的硫化钠溶液中浸渍10-20min,然后循环上述操作3-5次,进行连续离子层吸附反应,制得的样品干燥备用。
进一步的,所述步骤(1)中酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O=1∶4∶5组成的混合液。
进一步的,所述步骤(2)中的电解液中含有5vol%的水和0.5wt%的氟化铵。
CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法,其特征在于,以罗丹明B为目标污染物,控制初始浓度为5mgL-1,置于石英反应器内,控制反应溶液体积为35ml,CuS修饰的固定化锐钛矿TiO2纳米带光催化剂浸入反应溶液中,降解前反应溶液先在暗态条件下搅拌30min,然后,在搅拌状态下用35W氙灯光照2h,反应过程中在既定的时间点取样检测,采用紫外可见分光光度计进行检测,检测波长为552nm。
进一步的,所述取样检测设定的时间为每隔30-40min取样一次。
本发明的有益效果是:
1、本发明制备了CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂,酸洗去除钛片表面的氧化层,进行连续离子层吸附反应,该方法便于控制CuS的负载量,并且能够保证负载的均匀性,该催化剂克服了粉末状催化剂应用后需要离心分离的缺陷,有利于催化剂的回收利用,避免了因回收不彻底而造成的水体污染。
2、本发明的催化剂为带状结构,增大了其有效表面积,提高了跟有机污染物分子的接触,从而提高了其光催化降解效率,此外,该方法制备的TiO2纳米带为单晶锐钛矿结构,有利于光生电荷的传输与分离,进而提高其光催化降解效率。
3、本方法制备的TiO2纳米带光催化降解效率高,易于重复使用,并且具有优异的稳定性。一方面,由于CuS的带隙比较窄,能够扩展TiO2纳米带的光响应范围至可见光区域,提高了对可见光的利用,增强了其光催化降解率;另一方面,由于CuS和TiO2纳米带的能级存在差异,导致光生载流子能够在两者之间进行转移和分离,激发电子可以从CuS纳米粒子迁移到TiO2纳米带导带,而空穴聚集在CuS的价带,有效抑制了光生载流子的复合,从而促进了整个光催化体系的光生电子-空穴对的分离效率,提高了其光催化降解率。
附图说明
图1为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带的扫描电镜照片。
由图表明,在TiO2纳米带表面均匀的负载了CuS纳米粒子。
图2为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带的透射电镜照片。
由图表明,制备的TiO2纳米带为带状结构,表面负载了CuS纳米粒子。
图3为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的Uv-vis谱图。
由图表明,CuS修饰后明显的提高了TiO2纳米带光催化剂在可见光区的光吸收强度。
图4为实施例1制备的CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的催化性能检测。
由图表明,CuS修饰后明显的提高了TiO2纳米带光催化剂在模拟日光辐照下的光催化性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)钛片的预处理:首先,把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格,然后,分别在纯度为99.5%的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min,并且酸洗30s,酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O=1∶4∶5组成的混合液,最后,用去离子水冲洗干净,并于105℃空气中干燥1h备用;
(2)固定化TiO2纳米带制备:对钛片进行电化学阳极氧化处理,以钛片为阳极,铂片为阴极,电解液为乙二醇,电解液中含有5vol%的水和0.5wt%的氟化铵,保持电压为60恒压,温度为25℃恒温,电极间距为2cm,阳极氧化5h,得到的样品在空气中550℃煅烧2h,得到锐钛矿TiO2纳米带;
(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备:把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1mmol/L的硝酸铜和浓度为1mmol/L的硫化钠溶液中浸渍20min,然后循环上述操作3次,进行连续离子层吸附反应,制得的样品干燥备用。
CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法,其特征在于,以罗丹明B为目标污染物,控制初始浓度为5mgL-1,置于石英反应器内,控制反应溶液体积为35ml,CuS修饰的固定化锐钛矿TiO2纳米带光催化剂浸入反应溶液中,降解前反应溶液先在暗态条件下搅拌30min,然后,在搅拌状态下用35W氙灯光照2h,反应过程中,每隔30min取样一次,采用紫外可见分光光度计进行检测,检测波长为552nm。
实施例2
一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)钛片的预处理:首先,把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格,然后,分别在纯度为99.5%的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min,并且酸洗30s,酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O=1∶4∶5组成的混合液,最后,用去离子水冲洗干净,并于105℃空气中干燥1h备用;
(2)固定化TiO2纳米带制备:对钛片进行电化学阳极氧化处理,以钛片为阳极,铂片为阴极,电解液为乙二醇,电解液中含有5vol%的水和0.5wt%的氟化铵,保持电压为70V恒压,温度为25℃恒温,电极间距为2cm,阳极氧化4h,得到的样品在空气中550℃煅烧2h,得到锐钛矿TiO2纳米带;
(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备:把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1.5mmol/L的硝酸铜和浓度为1.5mmol/L的硫化钠溶液中浸渍15min,然后循环上述操作4次,进行连续离子层吸附反应,制得的样品干燥备用。
CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法,其特征在于,以罗丹明B为目标污染物,控制初始浓度为5mgL-1,置于石英反应器内,控制反应溶液体积为35ml,CuS修饰的固定化锐钛矿TiO2纳米带光催化剂浸入反应溶液中,降解前反应溶液先在暗态条件下搅拌30min,然后,在搅拌状态下用35W氙灯光照2h,反应过程中,每隔30min取样一次,采用紫外可见分光光度计进行检测,检测波长为552nm。
实施例3
一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)钛片的预处理:首先,把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格,然后,分别在纯度为99.5%的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min,并且酸洗30s,酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O=1∶4∶5组成的混合液,最后,用去离子水冲洗干净,并于105℃空气中干燥1h备用;
(2)固定化TiO2纳米带制备:对钛片进行电化学阳极氧化处理,以钛片为阳极,铂片为阴极,电解液为乙二醇,电解液中含有5vol%的水和0.5wt%的氟化铵,保持电压为80V恒压,温度为25℃恒温,电极间距为2cm,阳极氧化3h,得到的样品在空气中550℃煅烧2h,得到锐钛矿TiO2纳米带;
(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备:把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为2mmol/L的硝酸铜和浓度为2mmol/L的硫化钠溶液中浸渍10min,然后循环上述操作5次,进行连续离子层吸附反应,制得的样品干燥备用。
CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法,其特征在于,以罗丹明B为目标污染物,控制初始浓度为5mgL-1,置于石英反应器内,控制反应溶液体积为35ml,CuS修饰的固定化锐钛矿TiO2纳米带光催化剂浸入反应溶液中,降解前反应溶液先在暗态条件下搅拌30min,然后,在搅拌状态下用35W氙灯光照2h,反应过程中,每隔40min取样一次,采用紫外可见分光光度计进行检测,检测波长为552nm。

Claims (5)

1.一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)钛片的预处理:首先,把厚度为0.5mm的钛片剪裁成90mm×40mm的规格,然后,分别在纯度为99.5%的乙醇和丙酮中用功率为150W的超声清洗10min,并且酸洗30s,最后,用去离子水冲洗干净,并于105℃空气中干燥1h备用;
(2)固定化TiO2纳米带制备:对钛片进行电化学阳极氧化处理,以钛片为阳极,铂片为阴极,电解液为乙二醇,保持电压为60-80V恒压,温度为25℃恒温,电极间距为2cm,阳极氧化3-5h,得到的样品在空气中550℃煅烧2h,得到锐钛矿TiO2纳米带;
(3)CuS修饰的固定化TiO2纳米带制备:把步骤(2)中制得的TiO2纳米带分别在浓度为1-2mmol/L的硝酸铜和浓度为1-2mmol/L的硫化钠溶液中浸渍10-20min,然后循环上述操作3-5次,进行连续离子层吸附反应,制得的样品干燥备用。
2.根据权利要求1所述一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中酸洗采用质量配比为HF∶HNO3∶H2O=1∶4∶5组成的混合液。
3.根据权利要求1所述一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的电解液中含有5vol%的水和0.5wt%的氟化铵。
4.CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法,其特征在于,以罗丹明B为目标污染物,控制初始浓度为5mgL-1,置于石英反应器内,控制反应溶液体积为35ml,CuS修饰的固定化锐钛矿TiO2纳米带光催化剂浸入反应溶液中,降解前反应溶液先在暗态条件下搅拌30min,然后,在搅拌状态下用35W氙灯光照2h,反应过程中在既定的时间点取样检测,采用紫外可见分光光度计进行检测,检测波长为552nm。
5.根据权利要求4所述CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的使用方法,其特征在于,所述取样检测设定的时间为每隔30-40min取样一次。
CN201410750902.7A 2014-12-10 2014-12-10 一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法 Active CN104437551B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410750902.7A CN104437551B (zh) 2014-12-10 2014-12-10 一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410750902.7A CN104437551B (zh) 2014-12-10 2014-12-10 一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104437551A true CN104437551A (zh) 2015-03-25
CN104437551B CN104437551B (zh) 2017-05-17

Family

ID=52884760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410750902.7A Active CN104437551B (zh) 2014-12-10 2014-12-10 一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104437551B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105056980A (zh) * 2015-09-01 2015-11-18 中国计量学院 一种Ag3PO4/TiO2纳米管阵列复合光催化剂及其制备方法
CN105506710A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 天津理工大学 一种CuS纳米颗粒敏化二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN107051545A (zh) * 2017-05-08 2017-08-18 浙江理工大学 一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料
CN107670673A (zh) * 2017-09-27 2018-02-09 湖北工业大学 一种TiO2/CuS复合纳米阵列光电极材料的制备方法
CN108499575A (zh) * 2018-03-01 2018-09-07 中南大学 一种硫化铜-二氧化钛纳米复合物的制备方法
CN115364838A (zh) * 2022-08-17 2022-11-22 河南师范大学 一种TiO2/CuS/TiO2复合光热催化材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103349982A (zh) * 2013-07-05 2013-10-16 安徽大学 一种Bi2WO6修饰TiO2纳米带光催化剂、制备方法及其用途

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103349982A (zh) * 2013-07-05 2013-10-16 安徽大学 一种Bi2WO6修饰TiO2纳米带光催化剂、制备方法及其用途

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIKYUNG LEE ET AL.: "Highly efficient visible light photocatalysis of novel CuS/ZnO heterostructure nanowire arrays", 《NANOTECHNOLOGY》 *
QINGHUA CHEN ET AL.: "Controlled anodic growth of TiO2 nanobelts and assessment of photoelectrochemical and photocatalytic properties", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *
QIZHAO WANG ET AL.: "High photocatalytic hydrogen production from methanol aqueous solution using the photocatalysts CuS/TiO2", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105056980A (zh) * 2015-09-01 2015-11-18 中国计量学院 一种Ag3PO4/TiO2纳米管阵列复合光催化剂及其制备方法
CN105506710A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 天津理工大学 一种CuS纳米颗粒敏化二氧化钛纳米管阵列的制备方法
CN107051545A (zh) * 2017-05-08 2017-08-18 浙江理工大学 一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料
CN107670673A (zh) * 2017-09-27 2018-02-09 湖北工业大学 一种TiO2/CuS复合纳米阵列光电极材料的制备方法
CN108499575A (zh) * 2018-03-01 2018-09-07 中南大学 一种硫化铜-二氧化钛纳米复合物的制备方法
CN115364838A (zh) * 2022-08-17 2022-11-22 河南师范大学 一种TiO2/CuS/TiO2复合光热催化材料及其制备方法
CN115364838B (zh) * 2022-08-17 2024-05-24 河南师范大学 一种TiO2/CuS/TiO2复合光热催化材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104437551B (zh) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104437551B (zh) 一种CuS修饰的固定化TiO2纳米带光催化剂的制备及使用方法
Li et al. Fabrication of bidirectionally doped β-Bi2O3/TiO2-NTs with enhanced photocatalysis under visible light irradiation
CN101653728B (zh) 铁酸锌/二氧化钛纳米复合可见光光催化剂的制备方法及其应用
CN103638922B (zh) 介孔三氧化钨/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备方法
Zhu et al. CdS and PbS nanoparticles co-sensitized TiO2 nanotube arrays and their enhanced photoelectrochemical property
CN102658130B (zh) 钌-钯双金属负载二氧化钛纳米管光催化剂的制备方法及其应用
CN101844077B (zh) 具有可见光活性的碳氮改性纳米二氧化钛薄膜的制备方法
CN103320839B (zh) 去除有机污染物的二氧化钛纳米管阵列光电极的制备方法
CN102965710A (zh) 银和硫化镉纳米粒子共修饰二氧化钛纳米管阵列的制备
CN101866753B (zh) 染料敏化太阳能电池光阳极表面的处理方法
CN102828219A (zh) 一种三元纳米复合材料Au/RGO-TiO2纳米管阵列及其制备方法和应用
Chen et al. Photocatalytic degradation of MB by novel and environmental ZnO/Bi2WO6-CC hierarchical heterostructures
CN108675382A (zh) 一种基于TiO2纳米管光催化剂的集成催化系统及其降解处理方法
CN104475073B (zh) 一种二氧化钛纳米线阵列薄膜及其制备与应用
CN109183124B (zh) 一种窄禁带黑氧化锆纳米管薄膜及其制备方法
Zhang et al. BaTiO3/Fe2O3/MoS2/Ti photoanode for visible light responsive photocatalytic fuel cell degradation of rhodamine B and electricity generation
CN108273486B (zh) 一种碳纳米管/二次阳极氧化TiO2纳米管光催化剂材料及其制备方法和应用
CN104028309B (zh) 一种复合型可见光催化剂及其制备方法
CN112691664A (zh) 一种Fe2O3/TiO2纳米光催化剂薄膜复合材料及其制备方法
CN108554435A (zh) 一种PdO负载N、B共掺杂二氧化钛纳米管光催化剂及其制备方法
CN110408954B (zh) 一种光电极的制备方法
CN107583642A (zh) 石墨烯量子点负载Ag‑TiO2纳米阵列的制备方法
CN103922608A (zh) 一种二氧化钛异质结光阳极的制备方法及其应用
CN104888746A (zh) 一种高比表面积、高光催化性能二氧化钛纳米带薄膜的制备方法
CN110523409A (zh) 一种石墨烯掺杂Ag/TiO2光催化涂层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant