[发明专利]一种铜/二氧化钛复合光催化材料的制备方法

说明书

本发明提供一种铜/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，该铜/二氧化钛复合光催化材料的制备方法以草酸钛钾作为钛源，以三水合硝酸铜为铜源，以乙二醇和水作为反应溶剂，通过水热反应制得由立方相的铜和锐钛矿二氧化钛复合而成的铜/二氧化钛复合光催化材料，其中，乙二醇既可作为反应溶剂，使整个反应体系均匀分散，同时又可作为还原剂，提供电子用于将铜离子还原为单质铜，合成过程简单，成本低，未引入任何毒性还原剂，生产过程绿色环保，符合实际生产需要，有较大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，特别涉及一种铜/二氧化钛复合光催化材料的制备方法。

背景技术

随着工业文明的快速发展，对能源的需求呈直线增长，伴随而来严重的能源短缺与环境污染问题。光催化技术的快速发展为解决这两大全球问题提供了可能，设计高效、可充分利用太阳能的光催化剂并应用于环境治理以及可替代能源开发成为了国内外研究学者关注的热点。在光催化纳米材料的研究进程中，纳米二氧化钛由于其本身具有氧化还原能力强、催化效率高并且无毒无害、稳定性好、成本低廉，以及特殊的价带和导带位置可用于光催化分解水制氢和有机污染物的降解等诸多优点，被认为是当前最具有应用潜力的光催化材料。但由于二氧化钛带隙较宽(锐钛矿＝3.2eV)，因此其仅对紫外光响应光谱利用范围窄，此外，其电子空穴易快速复合导致载流子效率低，限制了二氧化钛在实际中的应用。

研究学者通过不同的方法对二氧化钛进行改性，如离子掺杂、半导体复合、贵金属负载、形貌晶面调控等，主要目的在于拓宽光吸收范围、提升量子效率、促进表面反应的发生。基于对纳米二氧化钛光电性质的研究，通过以上提到的不同手段对纳米二氧化钛进行改性，使得二氧化钛基纳米材料在光催化降解有机污染物以及光解水产氢领域具有很好的应用前景。其中，通过贵金属沉积，可有效捕获光生电子进而提高半导体催化活性，贵金属沉积在半导体表面通常表现为两方面作用：一是有利于光生电子-空穴对的有效分离；二是通过降低还原反应的超电势来提高光催化活性，但贵金属稀少而且价格昂贵，阻碍了其进一步的实际应用。考虑到贵金属在光催化剂改性中的作用及其自身的局限性，对于可替代非贵金属的探索具有重要意义，而在非贵金属材料的选择中，金属铜由于自然丰度高、廉价易得成为潜在的候选者。然而，目前铜的合成通常需要添加硼氢化钠、抗坏血酸、葡萄糖、水合肼等作为还原剂，这些还原剂的引入增加了反应体系的毒性、环境不友好，比如硼氢化钠易爆、水合肼毒性大，因此，在使用过程中需要对其用量以及使用方式进行密切监控，做好防护措施，这在一定程度上加大了实验过程的复杂程度。

因此，开发一种合成简单、原料绿色无毒、合成成本低的光催化材料制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种铜/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，以解决现有光催化材料合成过程复杂、毒性高且合成成本高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种铜/二氧化钛复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将草酸钛钾溶于水，得到草酸钛钾溶液；

2)将三水合硝酸铜溶于所述草酸钛钾溶液，得到混合溶液A；

3)将乙二醇分散于所述混合溶液A中，得到悬浮液B；

4)将所述悬浮液B加热进行水热反应，待所述水热反应结束后，冷却至室温，然后，离心分离、洗涤、真空干燥、冷却，制得铜/二氧化钛复合光催化材料。

可选地，所述步骤1)中所述草酸钛钾溶液的摩尔浓度为0.03～0.3mol/L。

可选地，所述步骤2)中所述三水合硝酸铜与所述草酸钛钾摩尔比为1∶20～4∶1。

可选地，所述步骤3)中所述乙二醇与所述步骤1)中所述水的体积比为1∶3～3∶1。