[发明专利]钛酸锶和碳量子点复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钛酸锶和碳量子点复合材料的制备方法，包括以下步骤：将水溶性锶盐和碳量子点溶于水，得到溶液A，将所述溶液A缓慢加入钛酸四正丁酯的有机溶液并通过不断搅拌混合均匀，将得到的淡黄色透明混合溶液在35‑45℃下加热至形成溶胶，再在65‑75℃下加热至形成凝胶，干燥后得到钛酸锶前聚体；在保护气氛下，将所述钛酸锶前聚体在700℃下煅烧，反应完全后得到所述钛酸锶和碳量子点复合材料。本发明的钛酸锶和碳量子点复合材料可作为光解水催化剂，该复合材料的光吸收范围扩大到可见波长范围内，可实现可见光下的光解水。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种钛酸锶和碳量子点复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

钛酸锶(SrTiO₃)是一种较为常用的半导体材料，属于钙钛矿氧化物的一种，具备优良的物理及化学特性。但由于其带隙能为3.23eV，使得它只能在紫外光下被激活，因此，大多数情况下，钛酸锶只能够在紫外光下发挥其光解水的催化性能。然而，紫外光在太阳光中的占比非常小。因此，将钛酸锶的光解水能力扩大到可见波范围显得尤为重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种钛酸锶和碳量子点复合材料及其制备方法和应用，本发明通过将碳量子点(CDs)与钛酸锶半导体进行复合，所制备的复合材料的光吸收范围扩大到可见波长范围内，实现可见光下的光解水。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种钛酸锶和碳量子点复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水溶性锶盐和碳量子点溶于水，得到溶液A，将所述溶液A缓慢加入钛酸四正丁酯的有机溶液并通过不断搅拌混合均匀，将得到的淡黄色透明混合溶液在35-45℃下加热至形成溶胶(优选为加热30min)，再在65-75℃下加热至形成凝胶(优选为加热120min)，干燥后得到钛酸锶前聚体；

(2)在保护气氛下，将所述钛酸锶前聚体在700℃下煅烧，反应完全后得到所述钛酸锶和碳量子点复合材料。

进一步地，在步骤(1)中，所述水溶性锶盐为硝酸锶(Sr(NO₃)₂)。

进一步地，在步骤(1)中，所述碳量子点的制备方法包括以下步骤：

将两根石墨棒分别作为阴极和阳极，以水作为电解液，在阴极和阳极上施加30V的电压，电解时间为10-15天，得到所述碳量子点。

进一步地，在步骤(1)中，所述碳量子点的粒径为1-5nm。

进一步地，在步骤(1)中，所述溶液A中，水溶性锶盐的浓度为0.5-0.6mol/L；所述碳量子点的浓度为1-16mg/mL；所述水溶性锶盐和钛酸四正丁酯的摩尔比为1:1。

优选地，在步骤(1)中，水溶性锶盐和碳量子点的比例为0.0133mol：25mg、0.0133mol：50mg、0.0133mol：100mg、0.0133mol：200mg、0.0133mol：400mg。

进一步地，在步骤(1)中，钛酸四正丁酯的有机溶液中所采用的有机溶剂为乙酰丙酮和无水乙醇。钛酸四正丁酯的有机溶液中，钛酸四正丁酯的浓度为0.32mol/L。

进一步地，在步骤(2)中，煅烧时间为120min。

由于碳量子点在可见光范围内具备良好的光吸收能力，因此碳量子点的引入有效的提升了钛酸锶和碳量子点复合材料的可见光吸收能力。

本发明还公开了一种采用上述制备方法所制备的钛酸锶和碳量子点复合材料。

进一步地，钛酸锶和碳量子点复合材料的粒径为150-300nm。