[发明专利]一种用CdSe量子点制备复合纳米光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光响应光催化剂的合成方法，特别涉及到一种窄带半导体CdSe量子点的修饰应的二氧化钛复合纳米光催化剂制备。

背景技术

自从半导体TiO₂电极被发现具有光电催化分解水的作用以来，将TiO₂作为光催化剂用于污水治理等研究引起了高度重视。TiO₂光催化剂化学性质较稳定且成本低、毒性低、催化活性高、氧化能力强。因此，以TiO₂作为光催化剂的高级氧化技术，在去除废水、废气污染物方面有着广泛应用。然而，在光催化剂使用过程中，仍有许多不足而限制其应用。其中由于TiO₂具有较大的禁带宽度，其光吸收范围主要在紫外光光谱范围内，当以太阳光或者可见光为照射光源时，其利用光能效率较低，只有不到5%的太阳光是可被利用的(P.Roy,P.Schmuki et al.,Nanoscale.2010,2:45)。近年来，半导体改性被认为可以显著提高TiO₂对可见光响应能力的方法（Y.Hou,X.Y.Li et al.,Environment Science&Technology.2009,43：858）。本发明利用金红石型球形TiO₂粉体，将CdSe半导体量子点负载上，以增强复合光催化剂在可见光范围的吸收能力，并提高对污染物的降解效率。

发明内容

本发明是提供一种利用窄带宽半导体硒化镉量子点改性二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其应用，该半导体量子点可以提高TiO₂对可见光的响应，降低光生电子-空穴的复合，有效提高了对有机污染物的降解。

本发明可以通过以下技术方案得以实现：

步骤一：制备CdSe量子点溶液

（1）用去离子水配置摩尔比为1：3的硒粉和硼氢化钠混合溶液；得到硒氢化钠饱和前驱体溶液。

（2）用去离子水配置摩尔比为1:2.4的氯化镉和3-巯基丙酸混合溶液，用NaOH溶液调节上述混合溶液pH值到9.0～12.0，搅拌至少30min，得到镉前驱体溶液。

（3）将硒氢化钠饱和前驱体溶液和镉前驱体溶液按摩尔比1:1混合，在惰性气体保护条件下加热搅拌，得到CdSe量子点溶液；CdSe量子点溶液继续反应时间为0.5～5h；最后使用丙酮进行洗涤，得到纯化的CdSe量子点溶液。

步骤二：用CdSe量子点溶液制备CdSe/TiO₂复合纳米光催化剂的方法

（1）将钛酸丁酯加入到无水乙醇中，然后滴加亚氨基二乙酸溶液，得到混合溶液，其中钛酸丁酯、无水乙醇、亚氨基二乙酸的体积比为17：57.5：4.125，然后使用氢氧化钠和盐酸溶液将上述混合溶液pH值调节到6.0～8.0，得到白色悬浊液。

（2）待白色悬浊液中的钛酸丁酯水解反应完全后，逐滴加入过量无水乙醇和5～15mL硒化镉量子点溶液；用无水乙醇和去离子水对褐色沉淀物进行洗涤干燥，在200℃～500℃下煅烧2h，制得CdSe/TiO₂复合纳米光催化剂颗粒。

本发明具有以下创新点：

(1)在水相中合成硒化镉量子点，设备简单，处理步骤少，并且可以通过简单改变反应时间和反应温度来改善量子点的颗粒尺寸分布，调节其禁带宽度。

(2)在温和调节下通过溶胶凝胶法合成的二氧化钛粉体具有多孔洞，大比表面积，可以促使催化反应的传质过程，加快降解反应速度。

附图说明

图1为本发明合成的CdSe/TiO₂复合纳米光催化剂的扫描电镜图（SEM）；(a)为放大倍数10000倍；(b)为放大倍数20000倍；

图2为本发明合成的不同CdSe量子点含量的复合光催化剂的紫外可见漫反射；

图3为本发明所合成的CdSe/TiO₂复合纳米光催化剂的N₂吸附-脱附等温曲线；

图4本发明合成的不同CdSe量子点含量的复合光催化剂降解亚甲基蓝催化性能的比较；

图5为本发明所合成的最佳催化剂样品的重复性实验图。

具体实施方式

本发明的实现过程和光催化剂材料的合成与催化性能由实施例说明：

实施例1：制备CdSe量子点溶液