【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化材料，特别是指一种含有氧空位的tio2@cuo异质结及其制备方法和应用。
技术介绍
1、金属氧化物具有可控的结构、良好的表面性质和较高的结晶度，且易于改性和功能化，在水溶液中表现出强稳定性。各种类型的半导体金属氧化物已广泛应用于光催材料。其中窄带隙的cuo由于可以吸收近红外光、无毒性以及原材料成本较低等原因，受到科研工作者的重视，是一种非常重要的光催化半导体材料。然而，它的窄带隙特性使得它在光照下的光生电子与空穴复合率较高，严重限制了cuo的光催化性能。为了促进光生载流子的分离，使其能够在近红外光区域具备一定的光降解性能，因此需要对其进行改性处理。
2、引入氧空位是改善半导体材料性能的重要策略之一，引入氧空位的方法主要包含有离子注入法、退火处理法、氢气热处理、高能辐射和化学腐蚀法等。尽管上述策略在半导体材料中创建氧空位是有效的，但其制备工艺较复杂，对设备的要求较高，可控性较差且能耗较高。另外，p型cuo的电子迁移率要低于n型cuo，但是在自然状态下，cuo属于p型半导体，其缺陷成分天然是铜空位，常规工艺方法较难使其由铜空位变为氧空位。因此，迫切需要开发一种简单的工艺在半导体材料cuo中引入氧空位。此外，单一半导体材料由于光生电荷不存在转移的情况，使得其具有较高的光生电子-空穴复合率，导致其作为光催化材料时的光催化效率较低。针对这一缺点，构建不同半导体材料之间的ⅱ型异质结使光生电荷得到转移是一种有效的策略。
3、现有的构建半导体氧化物异质结的合成方法有很多，通过传统的自组装法或溶胶-凝胶
技术实现思路
1、针对cuo在近红外光范围光催化活性低、光生载流子复合率高以及其构建复合材料制备工艺复杂技术问题，本专利技术提出了一种含有氧空位的tio2@cuo异质结及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种含有氧空位的tio2@cuo异质结的制备方法，步骤如下：
4、(1)将ti3alc2加入到氢氟酸溶液中经搅拌，离心清洗，烘干，获得ti3c2tx mxene粉末。
5、(2)将cu(ch3coo)2·h2o和步骤(1)制得的ti3c2tx mxene粉末溶解于去离子水中，加入过氧化氢溶液反应，制得含有氧空位的tio2@cuo异质结。
6、所述步骤(1)中ti3alc2与氢氟酸溶液的质量体积比为0.03-0.1g/ml。
7、所述步骤(1)中搅拌的时间为12-24h；清洗的方式为用无水乙醇和去离子水反复清洗，并伴随着超声处理，直到ph值接近中性。
8、所述步骤(2)中cu(ch3coo)2·h2o与ti3c2tx mxene粉末的质量比为(8-12)：1。
9、所述步骤(2)中cu(ch3coo)2·h2o与去离子水的质量体积比为0.02-0.16g/ml。
10、所述步骤(2)中过氧化氢溶液的质量分数为10％-30％。
11、所述步骤(2)中过氧化氢溶液与去离子水的体积比为1：(0.5-2)。
12、所述步骤(2)中反应的温度为常温，时间为10-20min。
13、上述制备方法制备的含有氧空位的tio2@cuo异质结。
14、上述含有氧空位的tio2@cuo异质结在光催化降解有机物中的应用。
15、本专利技术的含有氧空位的tio2@cuo异质结的具体制备步骤如下：
16、(1)ti3c2tx mxene的制备：量取hf倒入聚四氟乙烯烧杯中，将ti3alc2缓慢加入到hf溶液中，低速搅拌。将反应后获得的ti3c2tx mxene粉末用无水乙醇和去离子水反复清洗，并伴随着超声处理，直到废液的ph值接近中性为止，获得的ti3c2tx mxene粉末干燥后备用。
17、(2)含有氧空位的tio2@cuo异质结的制备：常温下，首先，将cu(ch3coo)2·h2o和ti3c2tx mxene粉末一起放入到去离子水中搅拌均匀。然后，将h2o2倒入上述悬浮液中并搅拌。随着反应的进行，悬浮液中放出大量的气泡。最后，将获得的沉淀置于真空冷冻干燥机中干燥以获得含有氧空位的tio2@cuo异质结，记作ovs-tio2@cuo。
18、含有氧空位的tio2@cuo异质结形成原理为：
19、ti3c2tx mxene粉末和cu(ch3coo)2·h2o加入到浓度不同的h2o2溶液后，迅速发生强烈的化学反应，伴随着热量和大量气泡的产生，c层被氧化产生co或者co2气体，而ti层被氧化形成tio2片状结构。与此同时，h2o2会与部分吸附在tio2上的铜离子反应，生成黑色的cuo。在形成cuo颗粒的过程中，化学反应十分迅速，导致部分cu离子没有与o离子充分结合，也就是说在cuo中本该由氧原子的地方出现了空位，形成了具有氧空位的cuo。
20、本专利技术产生的有益效果是：
21、(1)本专利技术采用简单的一锅法制备了含有氧空位的tio2@cuo异质结，反应条件温和，制备方法简单，为改性异质结的制备提供了一种新策略。
22、(2)纯cuo颗粒尺寸较大且均一性较差，而形成tio2@cuo异质结后，cuo颗粒不仅在tio2表面得到较好的分散，而且颗粒尺寸明显减小。说明tio2片状结构是优异的载体，能够减小cuo颗粒的尺寸直径，增大复合催化剂的比表面积。
23、(3)本专利技术制备的tio2@cuo异质结具有窄的带隙以及低的光生电荷复合程度，使得材料具有优异的光催化性能。ovs和窄的带隙(1.00ev)有效提高光吸收和利用能力,tio2@cuo异质结对太阳光的吸收强度强于cuo，而且对近红外光波段有较强的光响应。另外，在含有氧空位的tio2@cuo异质结中，tio2和cuo构成了ii型的能带结构，有利于光生电荷的分离和转移，提高光生载流子的浓度。
24、(4)本专利技术制备的含有氧空位的tio2@cuo异质结表面具有的亲水基团有利于对污染物的吸附，同时得益于优异的光催化活性，制备的含有氧空位的tio2@cuo异质结在不同波段的太阳光照射下，均具有一定的光催化降解四环素本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含有氧空位的TiO2@CuO异质结的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中Ti3AlC2与氢氟酸溶液的质量体积比为0.03-0.1g/mL。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌的时间为12-24h；清洗的方式为用无水乙醇和去离子水反复清洗，并伴随着超声处理，直到pH值接近中性。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Cu(CH3COO)2·H2O与Ti3C2Tx Mxene粉末的质量比为(8-12)：1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Cu(CH3COO)2·H2O与去离子水的质量体积比为0.02-0.16g/mL。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中过氧化氢溶液的质量分数为10％-30％。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中过氧化氢溶液与去离子水的体积比为1：(0.5-2)。
8.根据权利
9.权利要求1-8任一项制备方法所制备的含有氧空位的TiO2@CuO异质结。
10.权利要求9所述的含有氧空位的TiO2@CuO异质结在光催化降解有机物中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种含有氧空位的tio2@cuo异质结的制备方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中ti3alc2与氢氟酸溶液的质量体积比为0.03-0.1g/ml。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌的时间为12-24h；清洗的方式为用无水乙醇和去离子水反复清洗，并伴随着超声处理，直到ph值接近中性。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中cu(ch3coo)2·h2o与ti3c2tx mxene粉末的质量比为(8-12)：1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡俊豪，周原，姚巧鸽，郑来文，王俊芝，
申请(专利权)人：黄淮学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。