[发明专利]一种壳聚糖凝胶球稳定的纳米氧化亚铜复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种壳聚糖凝胶球稳定的纳米氧化亚铜复合材料、其制备方法及应用，具体为以壳聚糖凝胶球为载体，与纳米氧化亚铜材料复合后制备得到终产物，即CXBs/Cu₂O复合材料。该复合材料能高效利用太阳光能并实现光催化分解水制氢，其制备方法节能低耗且绿色无毒。在可见光照射4h内，CXBs/Cu₂O复合材料的产氢效率可达到150μmol/h。此外，该复合催化剂还具有很好的稳定性，可有效抑制氧化亚铜的光腐蚀。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及一种壳聚糖凝胶球稳定的纳米氧化亚铜复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

自人类进入21世纪以来，能源与环境问题已成为全球所关注的焦点。氢能具有高效、清洁等优点，其开发和利用是解决能源危机和环境问题的有效方法之一。与传统的甲烷重整以及电解水等制氢方法相比，光催化技术可以在较温和的反应条件下进行，具有原料成本低廉、反应体系结构简单、环境友好等优势，受到各国研究者的广泛关注。目前，光催化产氢效率依然较低，远不能满足能源利用的需求。这主要受到光解水制氢反应的光能利用率低以及量子效率低的限制。在光催化体系中的核心部分是半导体光催化剂。光解水制氢反应过程要求半导体光催化剂的导带电势比H₂的还原电势更负，这样才能将H⁺还原为H₂，同时具有较小的禁带宽度，以提高光能利用率。在目前用于光解水制氢催化剂的金属氧化物半导体中，Cu₂O具有价格低廉，绿色无毒等优点。此外，Cu₂O的禁带宽度较小(2.0eV)，能够有效吸收可见光。最重要的是，Cu₂O具有较高的导带电位，从热力学角度看是一种理想的光解水制氢材料。但目前研究表明，Cu₂O的光催化效率并不高，这主要受两方面因素的限制：一是光生空穴的积累容易引起Cu₂O的光腐蚀；另一方面是目前的合成方法所制备的Cu₂O颗粒尺寸普遍较大（约几百纳米），导致光生载流子的体相复合严重，降低了量子效率。

本发明通过研究发现，用载体吸附Cu²⁺，再经沉淀、还原过程可有效抑制团聚，所制备的Cu₂O可达纳米级，从而降低光生载流子的复合。同时通过界面调控使光生空穴转移，可抑制Cu₂O的光腐蚀。

发明内容

本发明的目的是针对现有半导体光解水制氢材料中存在的不足，提供一种壳聚糖凝胶球稳定的纳米氧化亚铜复合材料、其制备方法及应用。以壳聚糖凝胶球为载体，并捕获光生空穴，进一步提高光催化反应的量子效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种壳聚糖凝胶球稳定的纳米氧化亚铜复合材料，其特征在于，以壳聚糖凝胶球为载体，与纳米氧化亚铜材料复合后制备得到终产物，即CXBs/Cu₂O复合材料。

本发明的第二个方面提供了一种上述复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）壳聚糖湿凝胶球的制备：

称取壳聚糖加入HAc溶液中，超声溶解后，将所得溶液逐滴加入NaOH 溶液中并搅拌，形成白色壳聚糖湿凝胶球，即CHBs；停止搅拌后，用去离子水彻底洗涤CHBs至中性；

（2）CHBs吸附Cu²⁺：

称取步骤（1）制备的CHBs，加入一定浓度的Cu(Ac)₂溶液，搅拌至凝胶由白色变为蓝色，静置后取出CHBs@Cu²⁺并用去离子水洗涤；

（3）CXBs/Cu₂O复合材料的制备：

a.量取一定体积的抗坏血酸溶液，用NaOH溶液调pH至9左右；