一种氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法技术

本发明专利技术公开一种氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：按1:0.5:10的摩尔比将硫酸铜、硫酸钛、醋酸钠依次溶解在蒸馏水中，得到混合溶液A；S2：将氧化石墨烯加入到混合溶液A中，并控制氧化石墨烯与硫酸铜的质量比为5：1，搅拌均匀，得到悬浮液B；S3：随后将悬浮液B转移到水热反应釜中，密封后，在160～200℃下，进行强迫水解反应和水热氧化还原反应，反应3～20h后，再自然冷却、离心分离、洗涤、真空干燥，即得所述氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物。本发明专利技术具有制备工艺简单，可操作性好，无污染，无副反应，产品纯度高，原料易得等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米复合材料合成领域，具体涉及一种氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法。

技术介绍

[0002]洁净的氢能是未来的重要能源，高效、低成本制氢，特别是光解水制氢将是科研工作者们重要的研究方向。自1972年发现二氧化钛半导体具有光解水制氢性能以来，光解水制氢一直受到学术界及产业界的关注与重视。在能量大于或等于半导体禁带宽度的光的照射下，光催化材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带，形成“电子/空穴”对，空穴和电子迁移到材料表面，与表面吸附的水分子发生氧化还原反应，也就是电子与水发生还原反应产生氢气，空穴氧化水产生氧气。然而，二氧化钛作为一种宽带隙n型半导体，只能被紫外光激发而不能有效利用可见光的能量，为了有效地利用太阳能，开发具有可见光活性的高性能光催化剂将具有重要意义。同时，由于电子带负电，空穴带正电，使得光催化材料中光照所产生的“电子/空穴”很容易复合，导致光量子效率低下，严重阻碍了光解水制氢的发展。因此，如何阻止“电子/空穴”的复合，提高光催化制氢效率，成为当前国际上光催化研究领域的重大挑战之一，也是制约光催化制氢技术实用化的瓶颈难题。由此可知，在光催化技术实际实用中，光催化材料将是核心，光催化材料的活性、稳定性是决定光催化技术能否实际应用的关键。
[0003]众所周知，氧化亚铜作为一种窄带隙p型半导体，其能带带隙约为2.17eV，能充分利用可见光能量，且无毒、制备简单，属于一种理想的可见光型光催化材料。目前，氧化亚铜的制备方法多种多样。其中，液相还原法是制备纳米氧化亚铜最常用的方法之一，通常采用抗坏血酸、葡萄糖、甲醛、水合肼、硼氢化钠等还原剂在一定条件下还原二价铜制备氧化亚铜。这些制备方法虽然具备各自的优势，但由于甲醛、水合肼等还原剂本身具有较大毒性，会对环境造成一定的污染，不符合绿色化学的指导思想。同时，在液相还原法中还原剂通常过量，容易发生进一步的还原副反应，反应复杂，条件不容易控制。所以研究者们一直在努力寻找绿色环保、工艺简单的新制备方法。同时，单一氧化亚铜纯相的光生电子和光生空穴的复合效率较高，制约了其可见光光催化活性，但半导体材料的复合是降低光生电子
‑
空穴对复合的有效途径之一。
[0004]针对现有技术中制备氧化亚铜存在的缺陷，本专利技术旨在公开一种新的氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法，在制备过程中，除了硫酸铜、硫酸钛和氧化石墨烯三种反应原料以及介质酸碱度控制剂醋酸钠外，不需要另外加入还原剂，工艺流程简单，原料易得，绿色环保。此外，石墨烯作为一种二维材料，具有良好的半导体性能和化学稳定性，因此，本专利技术通过将氧化石墨烯与二氧化钛、氧化亚铜进行复合制备三元异质结复合物，有利于光生载流子的分离，将会提高复合光催化剂的光催化效率；同时，石墨烯作为载体，能有效抑制二氧化钛和氧化亚铜的迁移生长，以便得到纳米级二氧化钛和氧化
亚铜，通过三种成分的协同效应，进一步提高三元复合材料的光催化性能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种绿色环保、工艺简单、无副反应、原料易得的氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术利用氧化石墨烯表面自带的羟基、环氧基等还原性基团，在水热条件，通过水热氧化还原反应将二价铜(Cu
2+
)还原成一价铜(Cu
+
)，使氧化亚铜原位沉积在氧化石墨烯表面，并有效抑制氧化亚铜的迁移生长，得到原位沉积的纳米级氧化亚铜。同时，通过强迫水解和水热晶化，在氧化石墨烯表面原位沉积纳米二氧化钛。
[0007]本专利技术的技术方案概述如下：
[0008]一种氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1：按1:0.5:10的摩尔比将硫酸铜、硫酸钛、醋酸钠依次溶解在蒸馏水中，得到混合溶液A；
[0010]S2：将氧化石墨烯加入到混合溶液A中，并控制氧化石墨烯与硫酸铜的质量比为5：1，搅拌均匀，得到悬浮液B；
[0011]S3：随后将悬浮液B转移到水热反应釜中，密封后，在160～200℃下，进行强迫水解反应(反应式(1))和水热氧化还原反应(反应式(2))，反应3～20h 后，再自然冷却、离心分离、洗涤、真空干燥，即得所述氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物。
[0012][0013][0014]优选的是，所述混合溶液A中硫酸铜的浓度为0.005～0.02mol/L。
[0015]优选的是，所述水热反应釜的内衬材质为对位聚苯。
[0016]优选的是，所述强迫水解反应方程式为：
[0017][0018]优选的是，所述水热氧化还原反应方程式为：
[0019][0020]优选的是，所述洗涤方法具体为：用蒸馏水对产物洗涤2次，再用无水乙醇对产物洗涤1次。
[0021]优选的是，所述真空干燥的温度为85℃、时间为2h。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023](1)本专利技术采用简单的一锅水热法合成技术，操作简单，易于工业化生产。
[0024](2)本专利技术使用硫酸铜、硫酸钛、醋酸钠和氧化石墨烯为原材料，无需使用有毒还原剂，即可高效率合成三元异质结光催化剂，原料易得，无污染，绿色环保。
[0025](3)本专利技术方法制备的氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物，无副反应，产品纯度高。
[0026](4)本专利技术醋酸钠为弱酸强碱盐，作为介质酸碱度控制剂，促进强迫水解反应和水
热氧化还原反应向正反应方向进行；同时，醋酸钠的存在可以维持反应体系的pH值，防止Cu
+
发生歧化反应，作为氧化亚铜的保护剂，避免其被过度还原成单质铜，进而显著提高三元纳米复合物的产率和产物纯度。
[0027](5)本专利技术通过将氧化石墨烯与二氧化钛、氧化亚铜进行复合制备三元异质结复合物，有效提高光生载流子的分离效率，进而提高复合光催化剂的光催化效率；同时，石墨烯作为载体，能有效抑制二氧化钛和氧化亚铜的迁移生长，进而在其表面原位沉积纳米级二氧化钛和氧化亚铜，通过三种成分的协同效应及费米能级差异，进一步提高三元复合材料的光催化性能。
附图说明
[0028]图1为实施例1
‑
3制成的产物的X
‑
射线衍射图谱。
[0029]图2为实施例1、4
‑
6制成的产物的X
‑
射线衍射图谱。
[0030]图3为实施例1、7
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8及对比例制成的产物的X
‑
射线衍射图谱。
[0031]图4为实施例1制成的产物的扫描电子显微镜图像。
[0032]图5为本专利技术氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法流程图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：按1:0.5:10的摩尔比将硫酸铜、硫酸钛、醋酸钠依次溶解在蒸馏水中，得到混合溶液A；S2：将氧化石墨烯加入到混合溶液A中，并控制氧化石墨烯与硫酸铜的质量比为5：1，搅拌均匀，得到悬浮液B；S3：随后将悬浮液B转移到水热反应釜中，密封后，在160～200℃下，进行强迫水解反应和水热氧化还原反应，反应3～20h后，再自然冷却、离心分离、洗涤、真空干燥，即得所述氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物。2.根据权利要求1所述的氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法，其特征在于：所述混合溶液A中硫酸铜的浓度为0.005～0.02mol/L。3.根据权利要求1所述的氧化亚铜/二氧化钛/氧化石墨烯三元纳米复合物的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙凤，徐蕴，周永红，刘明珠，王运健，
申请(专利权)人：淮北师范大学，
类型：发明
国别省市：