具有Yolk-Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种具有Yolk

【技术实现步骤摘要】
具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光催化剂
，具体地，涉及一种具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，水资源污染问题也日益突出，尤其是对有机物染料和抗生素的自然降解存在时间长、难处理的问题。氧化亚铜(Cu2O)作为一种窄带隙的半导体材料，可以有效吸收太阳中的可见光，在光催化降解有机物方面具有巨大的潜力。然而Cu2O也存在量子效率低、载流子易复合等缺点，因此需要将Cu2O与其他材料进行复合。贵金属颗粒由于具有独特的局域表面等离子激元共振效应，Cu2O与贵金属颗粒形成的复合颗粒，载流子的激发与迁移与材料的组成、分布、尺寸都息息相关，因此设计并合成特殊结构和性能优异的氧化亚铜基复合材料仍是目前急需解决的重点问题。
[0003]Yolk
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Shell结构为复合颗粒的合成提供了新的思路。典型的Yolk
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Shell结构由空心外壳和内核构成，可以有效增强光在空心空间中的散射，提高对光的吸收效率，从而显著提高载流子的产生效率及分离效率。目前的制备方法中，Shell一般为单一相的某种贵金属颗粒，无法有效利用表面丰富的活性位点实现贵金属与Cu2O之间的电荷转移。因此，设计并制备一种以Cu2O为Yolk，以均匀分散的贵金属颗粒及Cu2O颗粒组成的多相结构为Shell的复合颗粒，是具有极大挑战的。
专利技术内容
[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供了一种具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，制备一种以Cu2O为Yolk，以均匀分散的贵金属颗粒及Cu2O颗粒组成的多相结构为Shell的复合颗粒，提供更强的光吸收效率和更加丰富的表面活性位点，增强载流子的产生及电荷的快速转移。
[0005]本专利技术提供了一种具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)在特定温度下，向一定浓度的五水硫酸铜溶液中加入一定浓度的氢氧化钠溶液，反应一定时间后再加入还原剂粉末，继续反应一定时间后离心分离并将所得固体烘干，得到八面体Cu2O颗粒；
[0007](2)将步骤(1)得到的八面体Cu2O颗粒分散在乙二醇溶液中，在特定温度下先加入一定浓度的氢氧化钠溶液，然后加入一定浓度的还原剂溶液，在特定温度下反应一定时间后离心分离并将所得固体烘干，得到具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@Cu复合颗粒；
[0008](3)将步骤(2)得到的Cu2O@Cu复合颗粒分散在水中，加入一定浓度的贵金属酸溶液，在常温下搅拌反应一定时间后，经过离心、洗涤和真空干燥，即可得到具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒。
[0009]优选的，所述步骤(1)及步骤(2)中还原剂为葡萄糖或对苯二酚。
[0010]优选的，所述步骤(1)中各试剂用量为五水硫酸铜：氢氧化钠：还原剂粉末＝(1.8～2.7)mol：(15～17.5)mol：(400～600)g，五水硫酸铜溶液的浓度为(0.06～0.07)mol/L，氢氧化钠溶液为(6～7)mol/L。
[0011]优选的，所述步骤(1)中反应条件为恒温水浴加热搅拌，反应温度为55℃，反应时间为(0.5～1.5)h。
[0012]优选的，所述步骤(2)中各试剂用量为Cu2O：氢氧化钠：还原剂＝120g：(200～250)mol：(50～150)mol，所述步骤(2)中Cu2O颗粒分散浓度为0.8g/L，氢氧化钠溶液的浓度为(4～5)mol/L，还原剂溶液的浓度为(1～3)mol/L。
[0013]优选的，所述步骤(2)中反应条件为恒温水浴加热搅拌，反应温度为60℃，反应时间为(0.5～1)h。
[0014]优选的，所述步骤(3)中各试剂用量为Cu2O@Cu：贵金属酸＝40g：(4～20)mmol，Cu2O@Cu颗粒分散浓度为(0.5～0.6)g/L，贵金属酸溶液浓度为(2～10)mmol/L，贵金属酸溶液为氯金酸溶液或氯铂酸或二者的混合液。
[0015]优选的，所述步骤(3)中反应方式为磁力搅拌，搅拌反应时间为(0.5～1)h；所述步骤(3)中洗涤采用去离子水和无水乙醇，真空干燥温度为(40～60)℃，干燥时间为(2～4)h。
[0016]本专利技术还公开了一种具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒，所述具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒以Cu2O为Yolk，以均匀分散的贵金属颗粒及Cu2O颗粒组成的多相结构为Shell。
[0017]本专利技术还公开了一种具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的应用，所述具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒，作为催化剂用于光催化降解有机物。
[0018]本专利技术的工作原理：本专利技术的具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，先将八面体Cu2O颗粒分散在乙二醇溶液中，在特定温度下先加入一定浓度的氢氧化钠溶液，然后加入一定浓度的还原剂溶液，在特定温度下反应，将部分Cu2O原位还原为Cu颗粒组成Shell，得到具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@Cu复合颗粒；然后将Cu2O@Cu复合颗粒分散在水中，加入一定浓度的贵金属酸溶液，在常温下搅拌反应，通过Cu与贵金属离子的置换反应，将Cu颗粒组成的Shell置换成贵金属颗粒及Cu2O颗粒组成的多相结构的Shell，即可得到具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒。其中，乙二醇在加热时具有还原性，氧化亚铜颗粒在乙二醇溶液和还原剂溶液的共同作用下，一价铜会被还原为零价铜，继而成核后原位形成纳米颗粒，随着时间的增加，铜颗粒也会越多，最终形成一层Cu纳米颗粒组成的壳。因此，本专利技术中利用乙二醇作为反应介质是必然的，因为在水溶液中，单纯的还原溶液无法将一价铜还原为零价铜。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)本专利技术方法简单，水浴加热及搅拌具有较强可操作性，重复性好；
[0021](2)本专利技术通过两次原位反应，实现了具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的可控制备，颗粒整体为八面体结构，Cu2O为Yolk，且均匀分散的贵金属颗粒及Cu2O颗粒组成的多相结构为Shell；
[0022](3)本专利技术制备的Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒具有更强的光吸收效率和丰富的表面活性位点，增强载流子的产生及电荷的快速转移。
附图说明
[0023]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在特定温度下，向一定浓度的五水硫酸铜溶液中加入一定浓度的氢氧化钠溶液，反应一定时间后再加入还原剂粉末，继续反应一定时间后离心分离并将所得固体烘干，得到八面体Cu2O颗粒；(2)将步骤(1)得到的八面体Cu2O颗粒分散在乙二醇溶液中，在特定温度下先加入一定浓度的氢氧化钠溶液，然后加入一定浓度的还原剂溶液，在特定温度下反应一定时间后离心分离并将所得固体烘干，得到具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@Cu复合颗粒；(3)将步骤(2)得到的Cu2O@Cu复合颗粒分散在水中，加入一定浓度的贵金属酸溶液，在常温下搅拌反应一定时间后，经过离心、洗涤和真空干燥，即可得到具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒。2.如权利要求1所述的具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)及步骤(2)中还原剂为葡萄糖或对苯二酚。3.如权利要求1所述的具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中各试剂用量为五水硫酸铜：氢氧化钠：还原剂粉末＝(1.8～2.7)mol：(15～17.5)mol：(400～600)g，五水硫酸铜溶液的浓度为(0.06～0.07)mol/L，氢氧化钠溶液为(6～7)mol/L。4.如权利要求1所述的具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应条件为恒温水浴加热搅拌，反应温度为55℃，反应时间为(0.5～1.5)h。5.如权利要求1所述的具有Yolk
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Shell结构的Cu2O@贵金属复合颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：马波，陆有军，李茂辉，徐倩，张笑，沈宏芳，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：