CN111841583A - 一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,所述方法通过结晶‑原位水解‑结晶三步法,即通过水热法获得硒化铟前驱体,在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解,再经过煅烧后得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。本发明提供的方法通过几个简单步骤,在不使用导电基底的条件下获得纯相的硒化铟/二氧化钛复合纳米片材料,得到的产物结晶性好、纯度高,所用制备方法具有绿色环保、操作简单、可控性强等特点。

Description

一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于环境友好型纳米材料合成技术领域,涉及一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的可控制备方法。
背景技术
硒化物金属半导体纳米材料由于其独特的物理和化学性能,在能源、医药、传感器等诸多领域具有广泛的应用前景。其中,硒化铟(In2Se3)是一种重要的III-VI直接带隙半导体材料,具有明显的层状结构,其晶体结构中存在着层内强共价键和层间弱范德华相互作用,具有高度的各向异性、电学、光学和磁学、催化和气敏等性能,这些优势使得硒化铟在太阳能电池、锂离子电池、相变存储器、催化和光电传感器等领域都有应用。
在光催化技术领域,硒化铟由于具有合适的能带结构,成为一种非常有潜力的热门材料。硒化铟虽然可以吸收可见光,但是光激发电荷载体的分离效率还比较差,载流子迁移能力低,导致纯硒化铟的光催化活性较低。因此,以硒化铟为基点开发一种新的光催化剂以提高光催化性能成为一种新思路。
近年来,二氧化钛因具有氧化还原能力强、化学稳定性好、无毒副作用和成本低等特点而被广泛应用于复合催化材料研究。在原有光催化材料基础上引入二氧化钛,不仅能促进光生载流子分离,进一步实现光催化效率的提高,还可以增强催化材料在反应体系中的稳定性。
但是,目前,将硒化铟与二氧化钛的结合,其制备方法复杂,工艺要求较高,最重要的是,硒化铟/二氧化钛复合材料将二氧化碳催化转化成甲烷的效率并不高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷与不足,本发明的目的是提供一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的新的制备方法,以实现该材料在二氧化碳催化转化性能上的提高。
为此,本发明采用如下技术方案:
本发明所述硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的可控制备方法,包括如下步骤:
步骤一、通过水热法制备硒化铟前驱体;
步骤二、在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解;
步骤三、步骤二所得产物经过管式炉煅烧后,得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
作为一种优选方案,本发明所述一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的可控制备方法,是以水为溶剂,乙二胺为还原剂,将醋酸铟、硒粉在反应釜中水热合成反应,然后用无水乙醇、水洗涤,并离心分离干燥后制得硒化铟前驱体。将硒化铟前驱体超声分散在无水乙醇中,在氮气保护下加入钛酸正丁酯,然后在搅拌下加入少量水对钛酸正丁酯进行原位水解。再将所得产物转到石英舟中,放入管式炉内在氩气保护下煅烧后制得。
优选的,所述步骤一中,硒与醋酸铟摩尔比为1~2:1,水与乙二胺的体积比为1~2.5:1,反应温度为140~160℃,反应时间为40~65h。
作为一种优选方案,所述步骤二中,水与钛酸正丁酯摩尔比为0.4~3.5:1。
作为一种优选方案,所述步骤三中,管式炉煅烧温度与时间分别为350~500℃和2~4h。
与现有技术相比,本发明具有如下有益的技术效果:
本发明通过简单三步法,在不使用导电基底的条件下获得纯相的硒化铟/二氧化钛复合纳米片材料,所用的原料易得,制备方法简单,得到的产物结晶性好、纯度高,所制备的硒化铟/二氧化钛复合纳米片为绿色无污染高性能催化剂,可高效将温室效应气体二氧化碳转化成燃料,具有一定应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例2制备得到的硒化铟/二氧化钛复合纳米片样品的X射线粉末衍射图;
图2是本发明实施例2制备得到的硒化铟/二氧化钛复合纳米片样品的扫描电镜图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明,以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
需要说明的是,下述实施例中所述的“可控”指的是,在硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料制备过程中,硒化铟前驱体的制备中各个原材料的含量可控,反应温度以及时间可控、原位水解的反应条件可控。
实施例1:
本实施例提供一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的可控制备方法,包括如下步骤:
步骤一、通过水热法制备硒化铟前驱体;
将1mmol醋酸铟和40mL水放入反应釜中,搅拌至醋酸铟完全溶解后加入1mmol硒粉,搅拌至分散均匀后加入40mL乙二胺,在140℃下反应40h,反应结束后冷却至室温,离心收集后依次用乙醇、水洗涤,冷冻干燥得到前驱体粉末。
步骤二、在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解;
将硒化铟前驱体超声分散在50mL无水乙醇中,在氮气保护下加入0.1mmol钛酸正丁酯,然后在搅拌下加入7μL水对钛酸正丁酯进行原位水解。
步骤三、步骤二所得产物经过管式炉煅烧后,得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
干燥后,将所得产物转到石英舟中,放入管式炉中,在氩气保护下,于350℃反应2h,得到所述硒化铟/二氧化钛复合纳米片。
实施例2:
本实施例提供一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的可控制备方法,包括如下步骤:
步骤一、通过水热法制备硒化铟前驱体;
将2mmol醋酸铟和50mL水放入反应釜中,搅拌至醋酸铟完全溶解后加入3mmol硒粉,搅拌至分散均匀后加入20mL乙二胺,在150℃下反应50h,反应结束后冷却至室温,离心收集后依次用乙醇、水洗涤,冷冻干燥得到前驱体粉末。
步骤二、在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解;
将硒化铟前驱体超声分散在80mL无水乙醇中,在氮气保护下加入0.3mmol钛酸正丁酯,然后在搅拌下加入15μL水对钛酸正丁酯进行原位水解。
步骤三、步骤二所得产物经过管式炉煅烧后,得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
干燥后,将所得产物转到石英舟中,放入管式炉中,在氩气保护下,于400℃反应3h,得到所述硒化铟/二氧化钛复合纳米片。
图1是上述实施例2制备得到的硒化铟/二氧化钛复合纳米片样品的X射线粉末衍射图,可见,制备的样品主要成分是γ相硒化铟,还含有少量锐钛矿二氧化钛,样品中不含有其他杂质。图2是上述实施例2制备得到的硒化铟/二氧化钛复合纳米片样品的扫描电镜图,可以看出复合物的形状是比较薄的纳米片,每个片有不同程度的卷曲。
实施例3:
本实施例提供一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的控制备方法,包括如下步骤:
步骤一、通过水热法制备硒化铟前驱体;
将3mmol醋酸铟和60mL水放入反应釜中,搅拌至醋酸铟完全溶解后加入4.5mmol硒粉,搅拌至分散均匀后加入30mL乙二胺,在160℃下反应65h,反应结束后冷却至室温,离心收集后依次用乙醇、水洗涤,冷冻干燥得到前驱体粉末。
步骤二、在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解;
将硒化铟前驱体超声分散在100mL无水乙醇中,在氮气保护下加入0.5mmol钛酸正丁酯,然后在搅拌下加入30μL水对钛酸正丁酯进行原位水解。
步骤三、步骤二所得产物经过管式炉煅烧后,得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
干燥后,将所得产物转到石英舟中,放入管式炉中,在氩气保护下,于500℃反应4h,得到所述硒化铟/二氧化钛复合纳米片。
效果验证:
分别称取实施例1、2、3中的硒化铟/二氧化钛复合纳米片样品各50mg,分散于60ml水、5ml三乙醇胺组成的混合溶液中,在可见光辐照下进行光催化二氧化碳转化反应。经气相色谱检测,实施例1、2、3中的硒化铟/二氧化钛复合材料将二氧化碳催化转化成甲烷的反应速率分别是102、117、90μmol/(g-1h-1)。
实施例4:
本实施例提供一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的可控制备方法,包括如下步骤:
步骤一、通过水热法制备硒化铟前驱体;
将1mmol醋酸铟和50mL水放入反应釜中,搅拌至醋酸铟完全溶解后加入2mmol硒粉,搅拌至分散均匀后加入20mL乙二胺,在150℃下反应60h,反应结束后冷却至室温,离心收集后依次用乙醇、水洗涤,冷冻干燥得到前驱体粉末。
步骤二、在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解;
将硒化铟前驱体超声分散在80mL无水乙醇中,在氮气保护下加入0.3mmol钛酸正丁酯,然后在搅拌下加入15μL水对钛酸正丁酯进行原位水解。
步骤三、步骤二所得产物经过管式炉煅烧后,得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
干燥后,将所得产物转到石英舟中,放入管式炉中,在氩气保护下,于400℃反应3h,得到所述硒化铟/二氧化钛复合纳米片。

Claims (7)

1.一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
步骤一、通过水热法制备硒化铟前驱体;
步骤二、在前驱体上对钛酸正丁酯进行原位水解;
步骤三、将步骤二所得产物经煅烧后得到硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
2.根据权利要求1所述的硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、以水为溶剂,乙二胺为还原剂,将醋酸铟、硒粉进行水热合成反应,将水热合成反应的产物依次经离心、分离、干燥后制得硒化铟前驱体;
步骤二、将硒化铟前驱体超声分散在无水乙醇中,在氮气保护下加入钛酸正丁酯,然后在搅拌下加入少量水对钛酸正丁酯进行原位水解;
步骤三、将原位水解所得产物煅烧后制得硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
3.根据权利要求2所述的硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,硒与醋酸铟摩尔比为1~2:1,水与乙二胺的体积比为1~2.5:1,反应温度为140~160℃,反应时间为40~65h。
4.根据权利要求2所述的硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,水与钛酸正丁酯摩尔比为0.4~3.5:1。
5.根据权利要求2所述的硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤三中,将原位水解所得产物,在管式炉中煅烧后制得硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料。
6.根据权利要求5所述的硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤三中,管式炉煅烧温度与时间分别为350~500℃和2~4h。
7.一种硒化铟/二氧化钛纳米片复合材料,其特征在于,该复合材料按照权利要求1-6中任意一个权利要求所述制备方法制得。
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