CN107051545A - 一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料。以水热法制备出二氧化钛纳米线作为反应基底,经过二次水热法在100℃,10h条件下成功制备出硫化铜纳米片与二氧化钛纳米线的复合结构,同时探究了水热温度以及水热时间对复合结构光催化性能的影响。本发明通过将硫化铜制成片状结构,增加了其与二氧化钛纳米线的复合量,通过两者形成异质结构,增大了二氧化钛的光吸收范围,最终提高了复合结构的光催化效率。本方法设备简单,工艺参数可控,可重复性高。所制纳米复合材料在光催化领域剂有重要的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米复合材料,尤其涉及一种CuS@TiO2NW纳米复合材料的一种制备方法,以及该纳米复合材料的光催化领域的应用。
背景技术
近年来,可见光催化剂由于具有高光催化效率以及量子产率,而成为当前催化剂领域的研究热点。二氧化钛(TiO2)纳米材料除了具有一般纳米材料所具有的特点外,还具有良好的光催化活性,可以有效的降解有机污染物;另外纳米二氧化钛还能够将太阳能转换为电能。因此,二氧化钛纳米材料在环境污染治理,太阳能电池等领域有广泛应用前景。然而,单纯二氧化钛纳米材料具有很多缺陷,如:一方面其禁带宽度较宽(3.2eV),使其只能在紫外光区有吸收,对太阳能的利用率较低;另一方面,二氧化钛在光照条件下产生的电子空穴对较易复合,从而导致光催化效率低。因此提高二氧化钛纳米材料的光催化效率是如今研究的热点。
随着纳米科学技术的发展,在提高二氧化钛纳米材料光催化效率方面的研究也越来越多。除了改变材料形貌,利用离子掺杂以及添加染料敏化剂等方面进行改性之外,目前研究较多的是通过半导体复合的方式进行改性。通过半导体复合改性具有很多优点,如:可通过改变纳米颗粒的粒径大小,从而调节半导体的带隙结构及光吸收范围,由于半导体纳米颗粒的光吸收为带边型,从而能够实现对太阳光的有效收集,增大对太阳光能的利用率。另外,还可通过对半导体颗粒自身的表面改性,增加纳米复合光催化剂的稳定性。目前已报道的二氧化钛纳米材料复合改性的方法主要有水热法、溶胶凝胶法以及磁控溅射法等,所复合的半导体主要为金属氧化物或金属硫化物。
发明内容
本发明提供一种新型TiO2/CuS纳米复合物,旨在提高二氧化钛纳米材料对太阳光能的利用率,所要解决的问题是使得TiO2与CuS能够成功的复合,并由无定形复合物转化为晶相混合物。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:以氯化铜与硫代硫酸钠作为反应物反应源,在室温下,将两者以1:1混合搅拌,搅拌5分钟,再将其混合液与TiO2纳米线相混合并置于30mL反应釜中,经过110℃温度下水热10小时,即得到CuS纳米片复合的TiO2纳米复合材料。
本发明的有益效果是:分别把二氧化钛制备成线状结构,硫化铜制备成片状结构,增大了硫化铜在二氧化钛纳米线表面的复合量,两者通过形成p-n异质结构,有效的促进的电子空穴对的转移,增强了二氧化钛纳米材料的光吸收范围,最终实现了纳米复合材料光催化效率提高的目的。本方法制备设备简单,工艺参数可控,可重复性高。制备所需原料丰富,成本低,无废弃物产生。所制备的纳米复合材料在催化剂领域有着广泛的应用。
附图说明
图1是CuS@TiO2NW纳米复合材料的SEM图片。
图2是CuS@TiO2NW纳米复合材料的XRD图片。
图3是在不同温度下水热反应10h时CuS@TiO2NW纳米复合材料的SEM图。
图4是在110℃下反应不同时间时CuS@TiO2NW纳米复合材料的SEM图。
图5是CuS@TiO2NW纳米复合材料的TEM图片。
图6是CuS@TiO2NW纳米复合材料的EDS图片。
图7是CuS@TiO2NW纳米复合材料的光催化性能比较。
具体实施方式
实施例1,(1)对钛片进行水热处理,在钛片表面获得二氧化钛纳米线;(2)将步骤1处理后的钛片浸没于氯化铜与硫代硫酸钠的混合水溶液中,经过110℃温度下水热10小时,即得到CuS纳米片复合的TiO2纳米复合材料。其中,氯化铜与硫代硫酸钠的混合溶液中,氯化铜与硫代硫酸钠的浓度为0.05mol/L。如图1的SEM图中看出硫化铜纳米片均匀长在二氧化钛纳米线表面,图2的XRD图看出纳米复合材料中含有硫化铜,并且能谱图中看出复合材料中含有各元素(图6),如图5对CuS@TiO2NW纳米复合材料进行TEM表征,可以看出硫化铜与二氧化钛的成功复合,两者结晶性较好,并且通过晶格条纹可看出二氧化钛及硫化铜分别对应于其锐钛矿(001)晶面与靛铜矿相(103)晶面。
实施例2,(1)对钛片进行水热处理,在钛片表面获得二氧化钛纳米线;(2)将步骤1处理后的钛片浸没于氯化铜与硫代硫酸钠的混合水溶液中,在10h水热条件下通过改变水热温度,得到具有不同形貌的。如图3所示为CuS@TiO2NW纳米复合材料的SEM图,可以看出经过10h水热时间,在110℃水热温度下得到的纳米复合材料具有较好的形貌,硫化铜在纳米线表面较好分布。
实施例3,(1)对钛片进行水热处理,在钛片表面获得二氧化钛纳米线;(2)将步骤1处理后的钛片浸没于氯化铜与硫代硫酸钠的混合水溶液中,在110℃水热温度下,通过改变水热反应时间,得到不同形貌CuS@TiO2NW纳米复合材料。如图4的SEM图可以看出在110℃水热温度下,经过10h水热时间下得到的纳米复合材料具有较好的形貌,两者较好的分散,避免了硫化铜在二氧化钛纳米线表面的聚集。
Claims (1)
1.一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料,其特征在于,由二氧化钛纳米线和负载在二氧化钛纳米线上的硫化铜纳米片组成,通过以下方法制备得到:
(1)对钛片进行水热处理,在钛片表面获得二氧化钛纳米线;
(2)将步骤1处理后的钛片浸没于氯化铜与硫代硫酸钠的混合水溶液中,经过110℃温度下水热10小时,即得到CuS纳米片复合的TiO2纳米复合材料。其中,氯化铜与硫代硫酸钠的混合溶液中,氯化铜与硫代硫酸钠的浓度为0.05mol/L。
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PB01 | Publication | ||
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