[发明专利]一种溶剂热制备铜修饰二氧化钛纳米棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料制备技术领域，具体涉及一种溶剂热制备铜修饰二氧化钛纳米棒的方法。

背景技术

环境污染和能源短缺是困扰当今世界经济发展的两大难题。大量化石燃料的使用不仅对全球的环境和生态造成巨大的污染，而且这些能源是不可再生资源，全球的存储含量估计到本世纪中叶即将枯竭。太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，利用太阳能光催化分解水制氢和环境降解，是解决日趋显著的能源危机和环境问题最有效的途径之一，也是我国实现可持续性发展战略和提高人民生活水平的迫切需要。自1972 年日本科学家Honda和Fujishima等发现TiO₂单晶电极在光的作用下具有一定的氧化还原性能以来，吸引着世界各国科学家不断的去探索和研究。因此，深入开展半导体光催化材料研究在根本上解决能源和环境问题具有重要的研究意义。

TiO₂不溶于水、具有抗腐蚀能力强、廉价而方便处理、生物功能、光化学性能稳定、对环境无污染等优点，是一种理想的光催化剂。但TiO₂的能带隙为3.2 eV，能在波长低于380 nm以下的紫外光发生响应，而太阳光谱中紫外光不足5%，而波长为400～750 nm的可见光占到45%左右，这从根本上制约了TiO₂光催化剂应用。目前，研究者通过掺杂、半导体复合、染料敏化、贵金属负载等方法来拓宽TiO₂的光吸收带边，提高光催化活性。贵金属负载是对TiO₂改性一种有效的方法，其不仅可以促进TiO₂的光吸收带边红移，而且可以提高TiO₂的光催化活性；Cu修饰二氧化钛纳米棒国内已有相关报道，但现有的方法大都采用两步或三步方法：即首先在碱性溶液中制备出二氧化钛纳米棒，然后直接沉积单质铜；或沉积氧化铜，再在氢气气氛中进行还原处理。如次立杰等通过NaBH₄还原CuCl₂在TiO₂纳米棒的表面成功负载了Cu纳米颗粒。Wan等人首先在碱性条件下制备出Cu(OH)₂/TiO₂纳米棒，然后再在H₂/Ar气氛中400℃煅烧4h，在H₂/Ar气氛中300℃还原处理2h，得到Cu/TiO₂纳米棒。在强碱性条件下，利用葡萄糖还原Ag(NH₃)²⁺得到Ag/TiO₂纳米棒，该方法在Ag(NH₃)²⁺溶液浓度较小时，得到的银纳米颗粒比较均匀，随着Ag(NH₃)²⁺浓度的增大，银颗粒尺寸很不均匀。

两步法或三步法制备贵金属修饰二氧化钛纳米棒存在工艺复杂、步骤繁琐的问题，并且制备得到的二氧化钛纳米棒的尺寸不均匀，光催化活性差，这很大程度上限制了二氧化钛纳米棒的使用；因此，仍需寻求一种制备简单、所获得二氧化钛纳米棒的尺寸均匀以及光催化活性好的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种溶剂热制备铜修饰二氧化钛纳米棒的方法，本发明提供的溶剂法制备得到的铜修饰二氧化钛纳米棒尺寸可控、大小均匀，具有优异的光催化活性。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的二氧化钛纳米棒。

本发明的另一目的在于提供上述铜修饰二氧化钛纳米棒在光解水制氢、降解有机污染物中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种溶剂热制备铜修饰二氧化钛纳米棒的方法，所述方法包括如下步骤：

S1：将铜盐加入到乙二醇溶液中，充分搅拌，然后向溶液中加入含钛化合物，强烈搅拌得混合液备用；

S2：将步骤S1所得混合液转移到内衬四聚氟乙烯的水热反应釜中，并将水热反应釜置于干燥条件中保持恒温200℃以上条件下反应，然后冷却至室温；

S3：将步骤S2所得产物过滤、洗涤、干燥即得铜修饰二氧化钛纳米棒。