一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术属功能材料制备技术领域，涉及一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，将可溶性金属铜盐和磷钨酸在醇/水溶液中充分混合，接续进行水热反应，经热处理后，即得到由磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球。将所得磷钨酸铜微米球在异丙醇水溶液中搅拌并经超声振荡后，缓慢滴加乙酰丙酮钛。然后再搅拌，接续缓慢蒸发，得到前驱物。将所得前驱物煅烧后,即得目的产物。本发明专利技术工艺简便易行，纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，性能优异，可以工业化批量生产。本发明专利技术所制备的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料可以作为可见光响应的光催化剂，在降解染料废水及室内有害气体，光催化消毒等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法
本专利技术属于功能材料的制备
，具体地说是涉及一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法。
技术介绍
1972年，Fujishima等人在Nature上发表了利用TiO2半导体电极光分解水制取氢气和氧气的实验结果后，半导体光催化的研究很快掀起了热潮（参见HondaK,FujishimaA.Electrochemicalphotolysisofwateratasemiconductorelectrode.Nature,1972,238,37—38）。TiO2因其化学性质稳定、催化活性高、无毒、价格低廉等优点，在降解不同污染物和消灭细菌的消毒系统应用领域中被认为是最有开发潜质的光催化材料。但是TiO2的禁带宽度(3.2eV)较宽，对于太阳能的利用效率较低。基于宽带隙半导体最有效的改性方法是通过与窄带隙半导体复合的方法，复合半导体的意义在于具有不同能级结构的半导体微粒，利用两种半导体之间的能级差能使光生载流子由一种半导体颗粒的能级注入到另一种半导体能级上，导致了有效的电荷分离，不仅可以有效地抑制光生电子和空穴的复合，而且扩展了光频谱响应范围。本专利技术公布一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法。核壳微粒是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。“磷钨酸铜@二氧化钛”中的“@”表示包覆的意思，在英文文献中经常出现，意思磷钨酸铜是核，在中心；二氧化钛是壳，在外层。包覆技术通过对内核微粒表面性质进行剪裁，改变内核表面电荷、官能团和反应特性，提高内核的稳定性与分散性。核壳结构还是颇受材料研究人员的青睐，尤其是纳米光催化科研工作者。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，该方法目的产物收率及纯度高，制备工艺简便易行，条件温和，所制备的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料具有良好的光催化性能，在可见光下，光催化降解染料的工艺条件下，60分钟降解率达到了95.0%以上。为达到上述目的，本专利技术是这样实现的。一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，包括三个步骤:(1)将可溶性金属铜盐和磷钨酸在醇/水溶液中充分混合续进行水热反应，经热处理后，即得到由磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球；(2)将所得磷钨酸铜微米球在异丙醇水溶液中搅拌并经超声振荡后，缓慢滴加乙酰丙酮钛；然后再搅拌，接续缓慢蒸发，得到前驱物；(3)将所得前驱物煅烧后,即得目的产物。进一步地，所述步骤（1）中可溶性金属铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜或乙酸铜中的一种或两种以上的混合物。进一步地，所述步骤（1）中醇/水溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇或异丙醇中的一种或两种以上的混合物，且醇与水的体积比为１∶0.1～10。进一步地，所述步骤（1）中可溶性金属铜盐和磷钨酸的摩尔浓度均为0.01～2mol/L；所述可溶性金属铜盐与磷钨酸的摩尔比为１∶0.2～5。进一步地，所述步骤（1）中水热反应温度在160～230℃，反应时间为6～48小时。进一步地，所述步骤（2）中搅拌时间为24～48小时；搅拌速度为900～1200转/分钟；超声振荡时间为3～6小时。进一步地，所述步骤（2）中乙酰丙酮钛滴加速度为10～60滴/分钟；乙酰丙酮钛与磷钨酸铜的摩尔比为：１∶0.2～5。进一步地，所述步骤（2）中再搅拌的时间为6～48小时；再搅拌速度为300～600转/分钟；蒸发的温度为70～110℃。进一步地，所述步骤（3）中煅烧温度为300～600℃，时间为3～6小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点。（1）本专利技术开发了制备磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料新工艺路线，该工艺制备成本低，操作容易控制，所制备的纳米材料是核壳结构球形纳米材料,中心材料是直径在20～50nm磷钨酸铜球形纳米材料,外壳是厚度10～30nm在二氧化钛纳米材料。（2）目的产物收率（99.5%～99.8%），产品纯度高（99.7％～99.9％）可满足工业应用领域对可见光催化材料产品的要求。（3）本专利技术制备的目的产物磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料是响应可将光的光催化材料，60分钟降解率可达到（95.0％～99.5％），具有较高的催化活性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。图1为本专利技术所制备的磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球材料的SEM图。图2为本专利技术所制备的磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球材料的SEM图。图3为本专利技术所制备的磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球材料的SEM图。图4为本专利技术所制备的磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球材料的X射线衍射图。图5为本专利技术所制备的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的TEM图。图6为本专利技术所制备的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的TEM图。具体实施方式本专利技术设计出一种溶液相化学方法，通过新的化学制备途径在磷钨酸铜纳米球外包覆一层二氧化钛纳米材料，从而构筑核壳结构材料。磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的光催化性质可以通过光催化降解染料进行评估。本专利技术以可溶性金属铜盐和磷钨酸在醇/水溶液中充分混合，接续进行水热反应，经热处理后，即得到由磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球。将所得磷钨酸铜微米球在异丙醇水溶液中搅拌并经超声振荡后，缓慢滴加乙酰丙酮钛。然后再搅拌，接续缓慢蒸发，得到前驱物。将所得前驱物煅烧后,即得目的产物。本专利技术制备步骤是。（1）将可溶性金属铜盐和磷钨酸的摩尔浓度均为0.01～2mol/L；所述可溶性金属铜盐与磷钨酸的摩尔比为１∶0.2～5。水热反应温度在160～230℃，反应时间为6～48小时，即得到由磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的磷钨酸铜微米球。（2）将所得磷钨酸铜微米球在异丙醇水溶液中搅拌24～48小时,搅拌速度为900～1200转/分钟，并超声振荡3～6小时。然后缓慢滴加乙酰丙酮钛，滴加速度为10～60滴/分钟。乙酰丙酮钛与磷钨酸铜的摩尔比为：１∶0.2～5。然后再搅拌6～48小时，再搅拌速度为300～600转/分钟。接续在70～110℃缓慢蒸发，得到前驱物。（3）将前驱物放入马弗炉进行热处理，煅烧温度为300～600℃，时间为3～6小时，即制得磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料。（4）利用所制备的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料作为光催化剂（0.2g/L），降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氙灯（模拟太阳光）。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度，计算降解率。参见图1～3所示，为本专利技术的磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的磷钨酸铜微米球SEM图。其结果是，微米球的直径在1～3μm，磷钨酸铜纳米颗粒的直径在10～30nm。图4为本专利技术所制备的磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球材料的X射线衍射图。参见图5和6所示，为本专利技术的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料TEM图，其结果为核材料磷钨酸铜的直径在10～30nm，壳材料的厚度在5～10nm。实施例1。将浓度为0.15mol/L乙酸铜的醇水溶液缓慢滴加到浓度为0.1mol/L磷钨酸的醇水溶液中。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于,包含如下步骤:（1）将可溶性金属铜盐和磷钨酸在醇/水溶液中充分混合，接续进行水热反应，经热处理后，即得到由磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的磷钨酸铜微米球；（2）将步骤（1）所得磷钨酸铜微米球在异丙醇水溶液中搅拌并经超声振荡后，缓慢滴加乙酰丙酮钛；然后再搅拌，接续缓慢蒸发，得到前驱物；（3）将步骤（2）所得前驱物煅烧后,即得目的产物。

【技术特征摘要】
1.一种磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于,包含如下步骤:（1）将可溶性金属铜盐和磷钨酸在醇的水溶液中充分混合，接续进行水热反应，经热处理后，即得到由磷钨酸铜纳米颗粒组装而成的微米球；（2）将步骤（1）所得磷钨酸铜微米球在异丙醇水溶液中搅拌并经超声振荡后，缓慢滴加乙酰丙酮钛；然后再搅拌，接续缓慢蒸发，得到前驱物；（3）将步骤（2）所得前驱物煅烧后,获得磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料。2.根据权利要求1所述的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中可溶性金属铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜或乙酸铜中的一种或两种以上的混合物。3.根据权利要求2所述的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中醇的水溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇或异丙醇中的一种或两种以上的混合物，且醇与水的体积比为1∶0.1～10。4.根据权利要求3所述的磷钨酸铜@二氧化钛核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中可溶性金属铜盐和磷钨酸的摩尔浓度均为0.01～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，许家胜，王莉丽，张艳萍，孙啸虎，杨喜宝，于禄，崔岩，张帆，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21