一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法。该方法以氟钛酸铵为钛源，通过微乳液‑水热合成法制备纳米TiO2，然后将CdCl2溶液加入纳米TiO2中，再加入硫脲，经超声波震荡后，将悬浮液置于反应釜中，于160~180℃反应1~3 h制得CdS/TiO2纳米复合材料。本发明专利技术通过将CdCl2溶液滴加到纳米TiO2中，然后超声震荡分散，避免了纳米TiO2粉体团聚以及TiO2颗粒不均匀地吸附CdCl2的问题。本发明专利技术制备的CdS/TiO纳米复合材料其颗粒粒径小，分散性好，团聚程度轻，通过与窄禁带半导体CdS的复合，具有更好的光催化活性。

A kind of CdS/TiO

The invention discloses a CdS/TiO

【技术实现步骤摘要】
一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及光催化剂领域，尤其涉及一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
TiO2纳米材料由于具有高的光催化活性、耐光腐蚀能力强、环境友好、价格相对低廉及对人体无毒性等优点，已成为光催化降解污染物领域中人们最感兴趣的一种半导体材料。TiO2有三种晶型结构：锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。板钛矿型属正交晶系，光催化活性低，目前研究很少。锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的TiO6八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式不同。锐钛矿型TiO2的质量密度(3.894g/cm3)略小于金红石型(4.250g/cm3)，禁带宽度(3.2eV)略大于金红石型(3.0eV)。一般而言，金红石型TiO2对氧吸附能力较差，缺陷较少，晶粒尺寸较大，同时比表面积较小，因而，其光催化活性要低于锐钛矿型。以锐钛矿型TiO2作为光催化剂存在一些不足之处：(1)能带隙较宽(3.2eV)，只能在紫外线光的作用下才发生响应，而太阳光中紫外光(波长在400nm以下)只有3-5％；(2)量子产率低，光生电子与空穴复合率高，使其对太阳能的利用率很低，达不到实际应用的要求。因此，拓展TiO2的光吸收范围、降低光生载流子的复合成为研究和制备高效TiO2光催化剂的关键因素。目前采用的方法主要有金属、非金属元素掺杂、贵金属沉积、半导体复合，以及染料或量子点敏化等。许多研究者将CdS、CdSe、PbS、Fe2O3等窄禁带半导体与TiO2进行复合，制备出表面或体相复合物，提高了光催化剂对可见光的响应性能。制备CdS/TiO2光催化剂常采用溶胶-凝胶法、水热合成法、微乳液法等，这些方法制备的CdS/TiO2各有优势，但都很容易引起团聚。本专利技术针对上述问题采用微乳液-水热法和超声震荡相结合的方法制备CdS/TiO2复合材料。
技术实现思路
针对现有制备CdS/TiO2的方法容易引起团聚的问题，本专利技术提供一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法。解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)配制水相(1)配制浓度为125g/L的氟钛酸铵的水溶液；(2)配制浓度为300～900g/L的尿素水溶液；(3)按体积比为1:1取上述氟钛酸铵水溶液和尿素水溶液，将氟钛酸铵水溶液以1.5～4.5mL/min的速度滴加到尿素水溶液中，用磁力搅拌器搅拌1～3h，得水相；2)制备油相(1)配制体积比为1：1～3的正丁醇与环己烷混合液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵加入正丁醇与环己烷的混合液中，其中十六烷基三甲基溴化铵与正丁醇的固液比为1g：1～1.5mL，用磁力搅拌器搅拌1～3h，得油相；3)制备微乳液将上述油相以1～3mL/min的速度滴加到水相中，磁力搅拌3～5h，得到微乳液；其中，油相中的十六烷基三甲基溴化铵与水相中的水的摩尔比为1:14～22；4)水热合成法制备纳米TiO2将上述微乳液转移至水热反应釜中，并将反应釜置于160～220℃的干燥箱中，反应6～24h后，冷却至室温，然后抽滤，收集沉淀物；将沉淀物依次用0.1mol/L的氢氧化钠溶液、无水乙醇和去离子水洗涤至中性，在60℃干燥6h，研磨，然后置于450～550℃马弗炉中焙烧1～3h，得纳米TiO2；5)制备CdS/TiO2纳米复合材料将浓度为0.1585～1.585g/LCdCl2水溶液40mL滴加至上述纳米TiO2中，其中CdCl2与TiO2的质量比为1.268～12.68：100，磁力搅拌10～12h，再加入硫脲，超声震荡0.5～1h，得悬浊液；其中CdCl2与硫脲的摩尔比为1:1.5～3；然后，将所得的悬浊液转移至水热反应釜中，并将反应釜置于160～180℃的干燥箱中，反应1～3h后，冷却至室温，抽滤，收集沉淀物，将沉淀物分别用无水乙醇和去离子水洗涤至中性，在60℃干燥6h，研磨，然后置于450～550℃马弗炉中焙烧1.5～2.5h，即得纳米CdS/TiO2纳米复合材料。进一步，所述步骤3)制备微乳液：将上述油相以1mL/min的速度滴加到水相中，磁力搅拌4h，得到微乳液；其中，油相中的十六烷基三甲基溴化铵与水相中的水的摩尔比为1:18。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术以氟钛酸铵为钛源，通过微乳液-水热合成法制备纳米TiO2，然后将CdCl2溶液加入纳米TiO2中，再加入硫脲，经超声波震荡后，将悬浮液置于反应釜中，于160～180℃反应1～3h制得CdS/TiO2纳米复合材料。2、本专利技术通过将CdCl2溶液缓慢地滴加到纳米TiO2中，然后超声震荡，通过超声波的空化效应产生的微射流，将大的固体颗粒击碎，同时由于超声波的振动，使固液更加充分地混合，从而避免了纳米TiO2粉体团聚以及TiO2颗粒不均匀地吸附CdCl2的问题。3、本专利技术采用微乳液-水热法制备纳米TiO2，微乳液是由油相和水相搅拌而成的热力学稳定的体系。其中，油相包括表面活性剂、助表面活性剂和连续相组成，水相是包含钛源和有其他辅助反应的物质组成。在油包水型的微乳液中，表面活性剂和助表面活性剂的亲水基团和水相结合，亲油基团和油相结合，这样水相在油相中就形成了“反应釜”，通过机械搅动，促使形成了无数个微小甚至达到了纳米级的“微反应釜”。本专利技术通过：1)调控水与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的物质的量之比(摩尔比)ω来控制微乳颗粒的粒径，进而控制纳米TiO2颗粒的直径；2)调控尿素添加量、反应温度和时间来控制氟钛酸铵水解生成TiO2的速率，进而调控纳米TiO2晶型和形貌。4、本专利技术制备的CdS/TiO2纳米复合材料其颗粒粒径小，分散性好，团聚程度轻，通过与窄禁带半导体CdS的复合，具有更好的光催化活性。附图说明图1为氙灯照射下不同催化剂光催化降解甲基橙(20mg/L)的效果对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法，以氟钛酸铵作为钛源，在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/正丁醇/环己烷/水组成的W/O微乳液体系中，采用微乳液-水热法制备纳米TiO2；然后采用水热法对所制备的纳米TiO2进行硫化镉量子点敏化改性。通过调节调控水与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的物质量之比(摩尔比)、尿素添加量、反应时间、反应温度以及CdS和TiO2的质量比，从而对所制得的催化剂的形貌、尺寸及光催化活性产生影响。根据上述条件确定了最佳制备条件，进而制备出了催化活性最高的CdS/TiO2纳米复合材料。一、实施例下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：CdS质量分数为5％的CdS/TiO2纳米材料制备方法，包括如下步骤：1)配制水相(1)氟钛酸铵水溶液：将0.25g氟钛酸铵与2mL去离子水混合得到浓度为125g/L的氟钛酸铵水溶液；(2)尿素水溶液：1.5g的尿素加入到2mL去离子水中得浓度为750g/L的尿素水溶液；(3)将上述氟钛酸铵水溶液以3mL/min的速度滴加到尿素水溶液中混合成水溶液，用磁力搅拌器搅拌2h，得水相。2)制备油相将5g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、6mL正丁醇和16mL环己烷加入到50mL单口烧瓶中，用磁力搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CdS/TiO

【技术特征摘要】
1.一种CdS/TiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）配制水相（1）配制浓度为125g/L的氟钛酸铵的水溶液；（2）配制浓度为300~900g/L的尿素水溶液；（3）按体积比为1:1取上述氟钛酸铵水溶液和尿素水溶液，将氟钛酸铵水溶液以1.5~4.5mL/min的速度滴加到尿素水溶液中，用磁力搅拌器搅拌1~3h，得水相；2）制备油相（1）配制体积比为1：1~3的正丁醇与环己烷混合液；（2）将十六烷基三甲基溴化铵加入正丁醇与环己烷的混合液中，其中十六烷基三甲基溴化铵与正丁醇的固液比为1g：1~1.5mL，用磁力搅拌器搅拌1~3h，得油相；3）制备微乳液将上述油相以1~3mL/min的速度滴加到水相中，磁力搅拌3~5h，得到微乳液；其中，油相中的十六烷基三甲基溴化铵与水相中的水的摩尔比为1:14~22；4）水热合成法制备纳米TiO2将上述微乳液转移至水热反应釜中，并将反应釜置于160~220℃的干燥箱中，反应6~24h后，冷却至室温，然后抽滤，收集沉淀物；将沉淀物依次用0.1mol/L的氢氧化钠溶液、无水乙醇和去离子水洗涤至中性，在60℃干燥6h，研磨，然后置于450~550℃马弗炉中焙烧1~3h，得纳米TiO2；5）制备CdS/TiO2纳米复合材料将浓度为0.1585~1.585g/LCdCl2水溶液滴加至上述纳米TiO2中，其中CdCl2与TiO2的质量比为1.268~12.68：100，磁力搅拌10~12h，再加...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝世雄，余祖孝，杨虎，尚建平，姜亚萍，周维维，钟远海，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51