[发明专利]一种纳米二氧化钛/硫化铜纳米复合材料

说明书

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。