CN104722300A - 一种Cu-TiO2光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Cu-TiO2光催化剂，其结构为单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面。本发明还公开了该光催化剂的制备方法，在28ml-32ml钛酸正四丁脂中加入2.5ml-3.5ml氢氟酸、0.6g-0.8g硝酸铜，搅拌12小时，于175℃-185℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。本发明的有益效果是使单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面，有效地提高了光生载流子的分离效率，使其对甲基蓝等有机染料的降解速度得到大幅度提升。且制备工艺流程更加简单化，大大节省了制备时间和制备成本。
Description
技术领域
本发明属于纳米光催化材料技术领域，涉及一种Cu-TiO2光催化剂，本发明还涉及一种Cu-TiO2光催化剂的制备方法。
背景技术
TiO2在光催化剂领域已经得到了广泛的应用，然而其现有的化学方法合成Cu-TiO2光催化剂，单质铜依附于二氧化钛纳米颗粒结构，且与氧化钛晶面间没有任何位相关系，结构简单，并且现有的产品在制备的过程中，常常分步骤进行，即：先制备二氧化钛颗粒，然后再沉积铜颗粒，耗费时间过多，成本高。界面的不连续如果铜和氧化钛之间没有相互外延生长关系的话，在电荷分离过程中，电子传输受阻，容易造成光生载流子在氧化钛表面产生复合，对污染物降解速度缓慢，效率过低。
发明内容
本发明的目的是提供一种Cu-TiO2光催化剂，制得的单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面，将更利于光生载流子产生传输和分离，有机染料的降解速度得到大幅度提升。
本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种Cu-TiO2光催化剂，其结构为单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面。
本发明所采用的另一技术方案是，一种Cu-TiO2光催化剂的制备方法，在28ml-32ml钛酸正四丁脂中加入2.5ml-3.5ml氢氟酸、0.6g-0.8g硝酸铜，搅拌12小时，形成蓝色溶液，于175℃-185℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。
本发明的有益效果是，由于二氧化钛纳米片的{101}晶面于铜单质的原子排列错配度较小，使单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面，有效地提高了光生载流子的传输、分离效率，使其对水污染物中的甲基蓝等有机染料的降解速度得到大幅度提升。且制备工艺流程更加简单化，大大节省了制备时间和制备成本。
附图说明
图1是本发明制得的材料表面形貌的电镜照片。
图2是该催化剂催化降解有机物亚甲基蓝的降解曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种Cu-TiO2光催化剂，其结构为单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面。
一种Cu-TiO2光催化剂的制备方法，具体按照以下步骤进行：
在28ml-32ml钛酸正四丁脂中加入2.5ml-3.5ml氢氟酸、0.6g-0.8g硝酸铜，搅拌12小时，形成蓝色溶液，于175℃-185℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。
实施例1
在30ml钛酸正四丁脂中加入3ml氢氟酸、0.7g硝酸铜，搅拌12小时，形成蓝色溶液，于180℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。
实施例2
在28ml钛酸正四丁脂中加入2.5ml氢氟酸、0.6g硝酸铜，搅拌12小时，形成蓝色溶液，于175℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。
实施例3
在32ml钛酸正四丁脂中加入3.5ml氢氟酸、0.8g硝酸铜，搅拌12小时，形成蓝色溶液，于185℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。
实施例4
在29ml钛酸正四丁脂中加入3.2ml氢氟酸、0.7g硝酸铜，搅拌12小时，于182℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得到Cu-TiO2光催化剂。
图1a显示了本方案制备的纳米催化剂的形貌。呈均匀的片状结构。形状规则，尺寸均匀。B为高分辨的透射电镜形貌，显示了在TiO2(锐钛矿相)纳米片的周围均匀分布铜的晶格。外延关系为：TiO2[001]，(002)//Cu[010]，(200)。C为纳米片的侧面形貌，虚线区域为单质铜存在的区域。D为纳米片周围覆铜的形貌。从图1的a图、b图、c图、d图可以看出单质铜不是依靠物理吸附或者范德华力的结合在氧化钛界面上，而是保持了晶格的连续性，形成外延生长的界面。
高分辨透射分析，提供了具体TiO2和Cu单质分布区域与位置的证据。a图为透射电镜照片暗场像，看出基本的形貌结构组成为为纳米片；b图为平放的TiO2纳米片，图中用虚线围住的A区域为外延生长的Cu单质片(高分辨透射照片显示：晶格间距为0.218nm对应Cu单质的(111)晶面，晶格间距为0.195nm的对应Cu单质的(200)晶面，两晶面夹角为54.5°)；c图为侧放的纳米片，B和C区域为Cu的外延生长部分，主体侧面晶格间距0.355nm对应TiO2(101)晶面，与另一方向的(101)晶面成68.3°，为典型的TiO2晶。d图边沿圈住部分，是环绕生长的Cu单质片，中间部分为TiO2。
图2说明了该催化剂催化降解有机物亚甲基蓝的降解曲线，这种结构构成的TiO2-Cu催化剂在光照12分钟降解有机污染物亚甲基蓝，降解率接近90％。时间短，降解效率高。降解速率明显由于目前文献报道的催化剂。
Claims (2)
1.一种Cu-TiO2光催化剂，其特征在于，结构为单质铜外延生长在二氧化钛纳米片的{101}晶面。
2.一种Cu-TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：在28ml-32ml钛酸正四丁脂中加入2.5ml-3.5ml氢氟酸、0.6g-0.8g硝酸铜，搅拌12小时，形成蓝色溶液，于175℃-185℃水热合成反应12小时，反应结束后，抽滤、洗涤、干燥并研磨，即得。
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