一种复合光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合光催化材料的制备方法，将二氧化钛纳米棒或钛酸锶纳米棒或钛酸钡纳米棒、硝酸铜加入到异丙醇/乙二醇的混合水溶液中，超声分散均匀；150～200℃溶剂热反应10～14h，结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到二氧化钛、钛酸锶或钛酸钡/铜复合材料；本发明专利技术制备复合材料中TiO2、SrTiO3和BaTiO3与Cu之间有效的接触，有利于电子

【技术实现步骤摘要】
一种复合光催化材料的制备方法


[0001]本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种复合光催化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能一直被视为一种清洁的新型能源，合理高效的开发利用太阳能被视为解决能源和环境污染问题的有效途径。基于半导体材料利用太阳能实现的光催化剂技术能够广泛应用于污染物降解、二氧化碳的还原和光解水制氢。二氧化碳的还原一方面还原过量排放的二氧化碳，缓解温室效应带来的影响，另一方面还原产生碳氢燃料满足能源的需求。但是，C＝O键的解离需要较高的能量(～750 kJ/mol)，这使得在还原过程中，需要输入较高的能量才能实现二氧化碳到烃类燃料的转化，从而表现出低还原效率，因此，简易高效的光催化半导体仍需探索。TiO2作为一种常见的光催化剂，带隙值约为3.0
‑
3.2eV，良好的可见光响应使得它在光催化领域有着广泛的研究和应用前景，其相对稳定的物理化学性质以及低导带电势能够有效抑制与二氧化碳还原竞争中发生的析氢反应，但是由于TiO2的本征局限性，光激发产生的光生载流子的快速复合严重限制了其在二氧化碳光催化还原方面的应用。
[0003]近些年来，金属负载对二氧化钛进行改性，通常能够有效提升单一二氧化钛的光催化活性。金属与半导体复合后，半导体受光激发产生的光生电子容易被金属吸收，从而抑制光生载流子的快速复合，另一方面增强界面电荷向吸附质转移。众多的金属材料中，铜金属由于其低廉的价格、丰富的储量和优异的效果，被认为是良好的选择。铜能够作为助催化剂修饰二氧化钛，且通常会构成肖特基结从而提升光催化还原二氧化碳的能力。二氧化钛/铜复合光催化剂目前已有较多研究(如文献“Cu掺杂梭形TiO2的制备及光催化分解水产氢性能”、“掺杂Cu的TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化活性”、“Cu/TiO2纳米线的制备及其光催化性能”等)，能够得知，采用原位还原法、光沉积法和凝胶溶胶法等均能实现TiO2/Cu的复合。但繁琐的工艺限制了其在光催化领域中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种复合光催化材料的制备方法，所得复合材料中二氧化钛、钛酸锶或钛酸钡纳米棒与铜之间紧密接触，在光照下表现出良好的光催化性能，且涉及的制备方法工艺简单、成本低，适合推广应用。
[0005]为达到上述目的，采用技术方案如下：
[0006]一种复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将二氧化钛纳米棒或钛酸锶纳米棒或钛酸钡纳米棒、硝酸铜加入到异丙醇/乙二醇的混合水溶液中，超声分散均匀；
[0008]150～200℃溶剂热反应10～14h，结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到二氧化钛、钛酸锶或钛酸钡/铜复合材料。
[0009]按上述方案，所述二氧化钛纳米棒按以下方法制备：
[0010]将可水解钛源加入乙二醇中超声分散，进行一次回流反应，洗涤干燥，得二氧化钛前驱体；可水解钛源与乙二醇的摩尔比为(0.006～0.009):1；所述可水解钛源为酞酸四丁酯；
[0011]所得二氧化钛前驱体加入到水中超声溶解得到1.5～2.0g/L的混合溶液，进行二次回流，反应结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到长度2.1～4.3μm的二氧化钛纳米棒。
[0012]按上述方案，一次回流温度为90～150℃，时间为0.5～2.5h；二次回流反应温度为100～120℃，时间为0.5～2.5h。
[0013]按上述方案，所述钛酸锶纳米棒按以下方法制备：
[0014]将二氧化钛与锶源加入到水中超声溶解得到均一的混合溶液，150～200℃水热反应2～4h，反应结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到长度2.0～4.5μm的钛酸锶纳米棒。
[0015]按上述方案，所述钛酸钡纳米棒按以下方法制备：
[0016]将二氧化钛与钡源加入到水中超声溶解得到均一的混合溶液，150～200℃水热反应2～4h，反应结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到长度2.1～4.4微米的钛酸钡纳米棒。
[0017]按上述方案，所述二氧化钛纳米棒、硝酸铜的摩尔比为(0.3～5.0):(0.1～0.5)。
[0018]按上述方案，所述钛酸锶纳米棒、硝酸铜的摩尔比为(0.3～0.6):(0.1～0.5)。
[0019]按上述方案，所述钛酸钡纳米棒、硝酸铜的摩尔比为(0.3～0.5):(0.1～0.5)。
[0020]将上述方案制备的二氧化钛、钛酸锶和钛酸钡/铜复合光催化材料应用于模拟太阳光条件下光催化二氧化碳还原，所得产物为甲烷和一氧化碳，各个复合材料相比单体二氧化钛、钛酸锶和钛酸钡活性提升明显，具有较大的应用潜力。
[0021]本专利技术的合成方法原理是：将硝酸铜引入到含有二氧化钛及其衍生物(钛酸锶和钛酸钡)的乙二醇
‑
异丙醇体系中，乙二醇
‑
异丙醇吸附在TiO2及其衍生物表面构成羟基修饰，Cu
2+
通过羟基修饰及超声和搅拌的一系列作用，吸附在TiO2及其衍生物表面，通过高温高压的溶剂热反应，Cu
2+
在吸附表面被还原成Cu0，实现Cu在二氧化钛及其衍生物表面的原位合成和负载。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]1)本专利技术采用溶剂热法成功合成了二氧化钛、钛酸锶和钛酸钡/铜复合材料，所述复合材料化学式为TiO2/Cu，SrTiO3/Cu和BaTiO3/Cu，铜纳米颗粒负载在二氧化钛及其衍生物的表面，形成有效接触，并可表现出良好的稳定性；
[0024]2)本专利技术所得复合材料中，由于TiO2、SrTiO3和BaTiO3与Cu之间有效的接触，有利于电子
‑
空穴对的有效分离；相比单体材料明显增强光催化二氧化碳活性；
[0025]3)本专利技术的制备工艺简单，操作方便，合成的催化剂中铜纳米颗粒负载在二氧化钛、钛酸锶和钛酸钡纳米棒表面，其稳定性高，具有较好的应用潜力。
附图说明
[0026]图1为实施例1所得的TiO2/Cu、BaTiO3/Cu和SrTiO3/Cu复合材料、TiO2、BaTiO3和SrTiO3、以及Cu的X射线衍射分析(XRD)图谱；
[0027]图2为实施例1所得的TiO2/Cu复合材料的X射线光电子能谱分析(XPS)图；
[0028]图3为实施例1所得的TiO2/Cu(a)、BaTiO3/Cu(b)和SrTiO3/Cu复合材料(c)的扫描电子显微镜图(SEM)；
[0029]图4为实施例1合成的TiO2/Cu、BaTiO3/Cu和SrTiO3/Cu复合材料、TiO2、BaTiO3和SrTiO3、以及Cu的光催化CO2还原活性图。
具体实施方式
[0030]以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。
[0031]本专利技术具体实施方式中二氧化钛纳米棒按以下方法制备：
[0032]将可水解钛源加入乙二醇中超声分散，进行一次回流反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将二氧化钛纳米棒或钛酸锶纳米棒或钛酸钡纳米棒、硝酸铜加入到异丙醇/乙二醇的混合水溶液中，超声分散均匀；150～200℃溶剂热反应10～14h，结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到二氧化钛、钛酸锶或钛酸钡/铜复合材料。2.如权利要求1所述复合光催化材料的制备方法，其特征在于所述二氧化钛纳米棒按以下方法制备：将可水解钛源加入乙二醇中超声分散，进行一次回流反应，洗涤干燥，得二氧化钛前驱体；可水解钛源与乙二醇的摩尔比为(0.006～0.009):1；所述可水解钛源为酞酸四丁酯；所得二氧化钛前驱体加入到水中超声溶解得到1.5～2.0g/L的混合溶液，进行二次回流，反应结束后经离心洗涤、干燥、冷却，得到长度2.1～4.3μm的二氧化钛纳米棒。3.如权利要求2所述复合光催化材料的制备方法，其特征在于一次回流温度为90～150℃，时间为0.5～2.5h；二次回流反应温度为100～120℃，时间为0.5～2.5h。4.如权利要求1所述复...

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，杨戈，熊金艳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：