一种光催化剂及其制备和应用方法技术

本发明专利技术涉及一种光催化剂及其制备和应用方法，将钛酸四异丙酯和PVP溶液混合得到的TiO2溶胶通过静电纺丝得到TiO2纳米纤维；将TiO2纳米纤维浸入Zn(NO3)2溶液中冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，制得ZnS/TiO2纳米纤维；最后将ZnS/TiO2纳米纤维浸入Cd(NO3)2溶液中，冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，即可。本发明专利技术首次采用静电纺丝技术与连续离子层吸附法（SILAR）合成具有一维结构的CdS-ZnS/TiO2纳米纤维。由于CdS是窄带系的半导体材料，ZnS可以提高CdS的稳定性，在修饰CdS、ZnS后的TiO2纳米纤维既能拓宽其在可见光区的吸收范围，又能利用连续离子层吸附法得到的CdS-ZnS/TiO2复合材料，更好的利用可见光源，加快光生载流子的有效分离，提高光电转换的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新颖、具有出色光电性能的功能纳米材料--CdS-ZnS/Ti02纳米纤维及其制备方法及应用。
技术介绍
一维纳米材料是近几年来发展起来的一 种新型功能材料，因其独特的电学、光学、磁学、机械等性质而受到人们越来越多的重视。纳米材料的制备方法有许多种，如刻蚀技术、水热法、模板法、静电纺丝法等。其中，静电纺丝方法是一种不同于常规方法的纺丝技术，它是通过将几千至几万伏的高压静电场加到聚合物溶液或熔体内，使聚合物溶液或熔体首先在喷射孔处形成Taylor圆锥形液滴。当高压电场所产生的电场拉伸力克服了液滴的表面张力后，该带电液滴形成了喷射流，然后该喷射流在电场中得到进一步的拉伸，同时内含溶剂不断挥发，最后以螺旋状到达接收器，凝固而形成无纺布状的纤维毡或其它形状的结构物。由于静电纺丝技术系特殊的原理与工艺，所制得纤维一般在数十纳米到数微米之间，具有很大的表面积，因此纤维可以用来制成具有表面功能的材料。二氧化钛(TiO2)光催化剂具有稳定的化学性质、高催化活性、低成本和耐光性等优势，已成为各国科学领域的研究热点。然而，由于TiO2禁带较宽只能吸收紫外光、光生电子与空穴易复合、比表面积不够大等等，使其它在实际应用受到了限制。本专利技术应用静电纺丝技术与连续离子层吸附法(SILAR)合成具有一维结构的CdS_ZnS/Ti02纳米纤维。由于CdS是窄带系的半导体材料，ZnS可以提高CdS的稳定性，在修饰CdS、ZnS后的TiO2纳米纤维既能拓宽其在可见光区的吸收范围，又能加快电子和空穴的分离速率，从而提高了光电转化的效率。由于其具有一维结构的性质，该催化剂相对于普通的颗粒状催化剂具有更高的比表面积，因此可以更好的加快电子的传输速率。本专利技术的催化剂制备方便，价格低廉，具有很好的光电性能。此外，本专利技术中发现，CdS和ZnS的沉积顺序对CdS_ZnS/Ti02复合材料的光电性能有很大影响，只有先沉积ZnS，后沉积CdS的TiO2纳米纤维才具有优异的光电转化性能。反之，先沉积CdS，后沉积ZnS的TiO2纳米纤维还没有只修饰CdS的TiO2纳米纤维的光电性能优异。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新颖、具有出色光电性能的功能纳米材料一-CdS-ZnS/Ti02纳米纤维及其制备方法和应用方法。该材料为可见光催化剂，具有优异的光电化学性质，其制备方法快速，简便。本专利技术的目的是通过以下方式实现的—种光催化剂的制备方法将钛酸四异丙酯和PVP (聚乙烯吡咯烷酮)溶液混合得到的TiO2溶胶通过静电纺丝得到TiO2纳米纤维；将TiO2纳米纤维浸入Zn (NO3) 2、ZnSO4或Zn(Ac)2溶液中冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，制得ZnS/Ti02纳米纤维；最后将ZnS/Ti02纳米纤维浸入Cd (NO3) 2、CdSO4或Cd(Ac)2溶液中，冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，即可。所述的TiO2溶胶的制备具体如下将1. 5g钛酸四异丙酯,3mL乙醇和3mL醋酸混合，磁力搅拌30min,然后将O. 45gPVP溶于3mL乙醇，将二者混合，继续搅拌lh，得到TiO2溶胶。上述方法静电纺丝时，控制工作电压为IOkV,调节接收器与纺丝针头距离为IOcm,溶液的流出速度为O. 5mL/h。上述方法纺得的TiO2纳米纤维在真空干燥箱80°C干燥Ih后，在450°C煅烧2h ；随后自然降至室温，得到TiO2纳米纤维。上述方法中ZnS/Ti02纳米纤维的制备过程具体如下将TiO2 纳米纤维浸入 O. 2mol/L Zn (NO3) 2、ZnSO4 或 Zn(Ac)2 溶液中 Imin,用去离子水冲洗、吹干；再在O. 2mol/L Na2S溶液中浸泡lmin，用去离子水冲洗，吹干；整个过程循环5次。上述方法中将ZnS/Ti02纳米纤维浸入O. 2mol/L Cd (NO3) 2、CdSO4或Cd (Ac) 2溶液中lmin，用去离子水冲洗、吹干；再在O. 2mol/L Na2S溶液中浸泡lmin，用去离子水冲洗，吹干；整个过程循环5次；得到CdS_ZnS/Ti02纳米纤维。一种光催化剂，是由上述的方法制备而成的光催化剂。上述光催化剂的应用方法作为光催化剂在可见光下用于有机污染物废水的处理。本专利技术的优势如下1、本专利技术首次采用静电纺丝技术与连续离子层吸附法(SILAR)合成具有一维结构的CdS_ZnS/Ti02纳米纤维。由于CdS是窄带系的半导体材料，ZnS可以提高CdS的稳定性，在修饰CdS、ZnS后的TiO2纳米纤维既能拓宽其在可见光区的吸收范围，又能利用连续离子层吸附法得到的CdS_ZnS/Ti02复合材料，更好的利用可见光源，加快光生载流子的有效分离，提高光电转换的效率。2、目前，已经公布了专利号为CN201110100974. 3与CN201110100972. 4都是关于CdSAiO2纳米颗粒复合材料的制备方法。而本专利技术的方法在以CdS/Ti02体系为基础时，弓丨入了 ZnS，合成了 CdS-ZnSztiO2—维纳米结构，有利于电子的传输，大大提高了其光电性能，并且还探讨了其光电化学性质并在可见光下进行了实际应用。另外，本专利技术采用静电纺丝和SILAR法并不需要其他多余的试剂，常温条件即可反应。本专利技术的催化剂制备方便，价格低廉。3、由于本专利技术催化剂具有一维结构的性质，该催化剂相对于普通的颗粒状催化剂具有更闻的比表面积。4、此外，本专利技术中发现，CdS和ZnS的沉积顺序对CdS_ZnS/Ti02复合材料的光电性能有很大影响，可能是因为后修饰宽带隙的ZnS将窄带隙的CdS包裹，不利于催化剂对可见光的吸收；只有先沉积ZnS，后沉积CdS的TiO2纳米纤维才具有优异的光电转化性能。反之，先沉积CdS，后沉积ZnS的TiO2纳米纤维还没有只修饰CdS的TiO2纳米纤维的光电性能优异。附图说明图1高压静电纺丝示意图；图2 (a)为TiO2纳米纤维的扫描电子显微镜图；(b)为CdS_ZnS/Ti02纳米纤维的扫描电子显微镜图；(c)为CdS_ZnS/Ti02纳米纤维的透射电子显微镜图；(d) TiO2纳米纤维和CdS_ZnS/Ti02纳米纤维的紫外可见吸收谱图；(e)为CdS_ZnS/Ti02纳米纤维的EDS谱图；图3为可见光下的光电化学测试。图4是CdS/Ti02纳米纤维与CdS_ZnS/Ti02纳米纤维在可见光下降解亚甲基蓝的循环实验图。具体实施例方式以下结合实施例旨在进一步说明本专利技术，而非限制本专利技术。实施例1，本专利技术CdS-ZnS/Ti02纳米纤维的制备(I)在磁力搅拌下,往IOmL烧杯分别加入1. 5g钛酸四异丙酯，3mL乙醇和3mL醋酸，磁力搅拌30min左右，然后添加PVP溶液(0. 45g PVP溶于3mL乙醇)，继续搅拌Ih.得到TiO2溶胶；(2)将上述溶胶加入注射器中(图1)，控制工作电压为10kV，调节接收器与纺丝针头距离为10cm，溶液的流出速度为0. 5mL/h。管内的溶液稳定喷出，收集板选用的是铝箔。(3)纺得的纤维在真空干燥箱(120°C )干燥12h后，在450°C煅烧3h。随后自然降至室温，得到TiO2纳米纤维。(4) CdS-ZnS/Ti02纳米纤维的制备①将TiO2纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化剂的制备方法，其特征在于，将钛酸四异丙酯和PVP溶液混合得到的TiO2溶胶通过静电纺丝得到TiO2纳米纤维；将TiO2纳米纤维浸入Zn(NO3)2、ZnSO4或Zn(Ac)2溶液中冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，制得ZnS/TiO2纳米纤维；最后将ZnS/TiO2纳米纤维浸入Cd(NO3)2、CdSO4或Cd(Ac)2溶液中，冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，即可。

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂的制备方法，其特征在于， 将钛酸四异丙酯和PVP溶液混合得到的TiO2溶胶通过静电纺丝得到TiO2纳米纤维；将TiO2纳米纤维浸入Zn (NO3) 2、ZnSO4或Zn (Ac) 2溶液中冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，制得ZnS/Ti02纳米纤维；最后将ZnS/Ti02纳米纤维浸入Cd (NO3) 2、CdSO4或Cd(Ac)2溶液中，冲洗、吹干；再在Na2S溶液中浸泡，冲洗，吹干，即可。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的TiO2溶胶的制备具体如下 将1. 5g钛酸四异丙酯,3mL乙醇和3mL醋酸混合，磁力搅拌30min,然后将O. 45g PVP溶于3mL乙醇，将二者混合，继续搅拌lh，得到TiO2溶胶。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于， 静电纺丝时，控制工作电压为10kv，调节接收器与纺丝针头距离为10cm，溶液的流出速度为O. 5mL/h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于， 纺得的TiO2纳米纤维在真空干...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗胜联，李玥，刘承斌，韦振栋，孟德水，丁明月，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：