一種類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料的制備方法與流程

文檔序號：11427614閱讀：483來源：國知局

本發明涉及光催化劑領域，具體涉及一種具有可見光光催化效果的類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料制備方法。

背景技術：

自80年代末，人們開始將光催化應用于環境污染控制領域，由于該技術能有效地破壞許多結構穩定的難降解污染物，因此已經在污水處理、抑菌殺菌以及環境的凈化等領域得到廣泛的研究與應用。與傳統水處理技術相比，具有明顯的節能、高效、污染物降解徹底等優點，且光催化技術易操作，無二次污染，它已成為一種有重要應用前景的環境治理方法，引起了國內外學者的普遍重視。然而，在半導體光催化劑的研究中，涉及到的多數是寬禁帶的半導體材料，如氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錫等，這些半導體材料由于本身具有大的帶隙能，因此它們對太陽光能的利用率并不高，而且由于光生電子與空穴的復合特性，使單一的半導體光催化劑在開發利用方面受到了限制。因此需要對單一的半導體光催化劑進行改性處理，以達到提高半導體光催化活性的目的。硫化亞銅(cu2s)是一種窄禁帶(禁帶寬度＝1.2～1.24ev)的p型半導體材料，具有良好的化學和熱穩定性能，是一種良好的光電材料，在太陽光能利用等領域有著巨大的應用潛能。

眾所周知，材料的微米或納米結構對其性能有顯著影響，為了改善硫化亞銅的催化、光學以及電學方面的性能，研究制備新型微米或者納米硫化亞銅結構也越來越受到人們的關注。然而，目前已經制備出的硫化亞銅結構僅局限于比較單調的顆粒，片狀及球形，均表現出優于傳統二氧化鈦對光的吸收波長響應范圍。然而，這些硫化亞銅結構比表面積較小，光催化效率較低，并且對可見光催化效果較差。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發明的目的之一是提供一種類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料的制備方法，該方法制備的硫化亞銅納米材料的比表面積大，具有更高的光催化效率，且采用該硫化亞銅納米材料能夠利用可見光產生的催化效果更好。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料的制備方法，將氯化亞銅溶解至乙二胺中制成第一溶液，再向第一溶液中加入硫脲制成第二溶液，將第二溶液采用溶劑熱法進行反應，將反應后的物料進行純化處理即得硫化亞銅納米材料，其中，第一溶液中氯化亞銅的濃度為0.02～0.1mol/l。

本發明通過控制原料的加入量，經過上述步驟從而制備出了具有類似楓葉結構的硫化亞銅納米結構，該納米結構使得硫化亞銅納米材料的比表面積大，具有更高的光催化效率，同時使得硫化亞銅納米材料能夠利用可見光產生的催化效果更好。

本發明的目的之二是提供一種上述制備方法制備的硫化亞銅納米材料。該硫化亞銅納米材料具有獨特的類似楓葉狀納米結構，使得納米硫化亞銅能夠更好的利用可見光進行光催化，從而提高了對太陽光的利用。

本發明的目的之三是提供一種上述硫化亞銅納米材料在可見光光催化中的應用。

本發明的目的之四是提供一種光催化劑，采用上述硫化亞銅納米材料。

本發明的有益效果：

(1)本發明制備的類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料有效拓寬了對太陽光的響應范圍，實現可見光下具有優異的光催化效果，從而改善了光催化效果。

(2)本發明通過水熱法制備類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料，與單一結構的二氧化鈦納米顆粒和硫化亞銅納米顆粒相比，本方法制備的類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料拓寬了對太陽光的響應范圍，有效提高了對太陽光的利用率。與單獨二氧化鈦納米顆粒和硫化亞銅納米顆粒相比，本方法類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料在可見光下對甲基橙具有較高的光催化效率，有效提高了對太陽光的利用率。

(3)本發明操作過程簡單，生產成本低，易于推廣，大大促進了硫化亞銅在實際光催化領域的應用。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為實施例2中制得的硫化亞銅納米材料的掃描電鏡圖；

圖2為實施例1～5中制得的硫化亞銅納米材料、商業二氧化鈦納米顆粒及商業硫化亞銅納米顆粒分別在可見光照射下對甲基橙溶液的光催化降解率和時間的變化曲線圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發明中所述的第一、第二并不是限定了前后順序，而僅僅是對名稱進行的限定。

本發明中所述的溶劑熱法是指在密閉體系如高壓釜內，以有機物或非水溶媒為溶劑，在一定的溫度和溶液的自生壓力下，原始混合物進行反應的一種合成方法。

本發明中所述的純化處理是指將固態產品從溶劑中取出的過程，可以為過濾、洗滌、干燥的過程，也可以為離心分離、干燥的過程。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在現有技術制備的硫化亞銅結構比表面積較小、對利用可見光產生的催化效果較差的不足，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料的制備方法。

本申請的一種典型實施方式中，提供了一種類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料的制備方法，將氯化亞銅溶解至乙二胺中制成第一溶液，再向第一溶液中加入硫脲制成第二溶液，將第二溶液采用溶劑熱法進行反應，將反應后的物料進行純化處理即得硫化亞銅納米材料，其中，第一溶液中氯化亞銅的濃度為0.02～0.1mol/l。

為了保證氯化亞銅在乙二胺中分散均勻，優選的，取10～50毫升乙二胺與1毫摩爾氯化亞銅通過磁力攪拌30分鐘使溶液充分混合均勻，制得第一溶液。

進一步優選的，所述乙二胺的加入量為30毫升。該條件制備的硫化亞銅納米材料可見光催化降解效率更高。

優選的，所述硫脲的加入量為2.5～3.5毫摩爾。

為了使硫脲充分溶解，優選的，加入硫脲后磁力攪拌30分鐘。

優選的，所述溶劑熱法的反應條件為，反應溫度80～200℃，反應時間為8～24小時。

進一步優選的，所述溶劑熱法的反應條件為，反應溫度120℃，反應時間為12小時。該條件制備的硫化亞銅納米材料可見光催化降解效率更高。

優選的，所述純化處理的過程為過濾、清洗、干燥。

進一步優選的，所述干燥條件為，干燥溫度為60℃，干燥時間為10小時。

本申請的另一種典型實施方式中，提供了一種上述制備方法制備的硫化亞銅納米材料。該硫化亞銅納米材料具有獨特的類似楓葉狀納米結構，使得納米硫化亞銅能夠更好的利用可見光進行光催化，從而提高了對太陽光的利用。

優選的，所述硫化亞銅納米材料的厚度為100～200納米，寬度為5～8微米。

本申請還提供了一種上述硫化亞銅納米材料在可見光光催化中的應用。

本申請還提供了一種光催化劑，采用上述硫化亞銅納米材料。

為了使得本領域技術人員能夠更加清楚地了解本申請的技術方案，以下將結合具體的實施例與對比例詳細說明本申請的技術方案。

采用掃描電子顯微鏡進行實施例2混合粉體的表面形貌測試，具體的測試結果見圖1。

下述實施例1至實施例5中采用的原料為乙二胺、氯化亞銅、硫脲、乙醇和去離子水。

所使用的設備有用于混合的燒杯、磁力攪拌器、水熱反應釜、烘箱等。

步驟1：將一定量的氯化亞銅溶解到乙二胺混合后，充分磁力攪拌制備第一溶液。

步驟2：將一定量的硫脲溶解到第一溶液混合后，充分磁力攪拌制備第二溶液。

步驟3：將第二溶液置于水熱反應釜內，充分反應后將產物過濾、清洗、干燥制備成類似楓葉結構硫化亞銅納米材料。

制取類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料時，首先將氯化亞銅和乙二胺充分混合制備第一溶液，然后向第一溶液添加硫脲并攪拌制備第二溶液；再然后將第二溶液放入水熱反應釜內反應制取第三溶液；接著將第三溶液過濾得到沉淀物，將分離到的沉淀物先用乙醇和離子水洗到中性，將得到的沉淀物烘干制得類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料。取出制得的類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料還需通過掃描電鏡和光催化效果測試系統進行觀察分析。

本發明提供的一種類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料的制備方法，具體步驟如下：

第一步：取3份氯化亞銅1毫摩爾，加入到不同量乙二胺中，磁力攪拌30分鐘制備第一溶液。

第二步：向3份第一溶液加入硫脲3毫摩爾，充分攪拌30分鐘制備第二溶液。

第四步：將第二溶液置于水熱反應釜內，在120℃條件下充分反應12小時，制備第三溶液。

第五步：過濾第三溶液得到沉淀物，將得到的沉淀物用乙醇和去離子水清洗，在60℃的條件下干燥10小時，最后取出制成的類似楓葉結構的硫化亞銅納米材料。

實施例1

步驟1：首先量取1毫摩爾氯化亞銅與10毫升乙二胺充分混合磁力攪拌30分鐘，制備第一溶液。