一种纳米材料CuS/Ni的制备方法及应用技术

本发明专利技术为一种纳米材料CuS/Ni的制备方法及其应用。该方法包括以下步骤：步骤一、将得到的Ti‑Cu‑Ni非晶合金条带、清洗，干燥；步骤二、将干燥的Ti‑Cu‑Ni非晶合金条带与硫酸一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为80‑120℃，反应时间为36‑72h，将反应结束后制得的样品用去离子水冲洗，然后置于40‑70℃下干燥后，得到的粉末即为纳米级团簇结构的硫化铜/镍催化剂。本发明专利技术操作简便易行，实施费用低，操作过程易控制，是一种简便经济的合成方法；得到的硫化铜/镍具有较高光催化活性，非常适用于光催化降解染料。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种纳米级团簇结构的硫化铜/镍的制备方法，该硫化铜/镍应用于光催化领域。
技术介绍
：形貌特殊的微纳米材料具有优异的光学、电学、磁学和催化等性能，在微纳米器件上具有巨大的应用前景。硫化铜作为一种宽带隙半导体材料，其带隙宽度约为2.0ev。该硫化铜因其具有一定的催化活性、光致发光等特殊的物理、化学性能，在催化、太阳能电池、超导体、气敏传感器等领域有非常大的应用潜力。目前其合成方法以水热法为主，例如一种硫化铜纳米囊颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)称取L-半胱氨酸和Cu(NO3)2·3H2O，分别溶于双蒸馏水中；(2)将Cu(NO3)2溶液逐滴加入L-半胱氨酸溶液中，于常温下搅拌，得到混合溶液；(3)称取Na2S2O3溶于双蒸馏水中，溶解均匀，得到Na2S2O3溶液；将Na2S2O3溶液逐滴加入混合溶液中，得到深棕色的混合溶液；(4)深棕色的混合溶液在80～100℃反应；(5)反应结束后经离心、清洗、干燥后得到黑色沉淀，即为硫化铜纳米囊颗粒。这种方法制作过程可控性不强，制得的硫化铜颗粒形状不是十分规则。另外，目前还有化学沉积法、声化学法和模板法等，这些合成方法，一般需要较高的反应温度、反应压力、较长的反应时间以及特定的反应装置，这些条件限制了纳米硫化铜在实际生产中的应用，因此寻找操作过程简便易行，反应条件温和，成本费用低的硫化铜纳米材料的制备方法非常重要。纳米级团簇材料的制备方法有很多种，脱合金法由于其操作过程可控，且容易操作，生产成本低，且制得的纳米级团簇材料具有比表面积大而且形状规则等优势而成为近几年来应用比较广泛的方法之一。脱合金法，是指对电极电位相差较大的多元固溶体合金进行选择性的腐蚀，通过电解液作用将其中较活泼的元素进行选择性溶解，剩下的金属经团聚生长最终形成纳米级团簇结构。脱合金的制备方法具有操作方法可控，且容易操作等优点，并且可以通过改变工艺参数和后续处理来控制纳米结构的大小和形状。这种方法中所用的合金多为非晶态合金，在非晶态合金中元素都以固溶体状态存在而且非晶态合金的性质可以随着合金中元素的改变而改变，因此非晶态合金的脱合金较晶态合金更有优势。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术中存在的操作可控性不足，提供了一种操作过程可控，生产费用低、制备过程简单易行的以Ti-Cu-Ni非晶合金条带和浓硫酸为原料，通过化学脱合金法制备具有纳米团簇结构的硫化铜/镍的方法。本专利技术以非晶合金条带为原料，制备出在纯硫化铜基础上掺杂镍的催化剂，之所以掺杂镍是因为镍可以作为电子捕获剂，结合光生电子用以提高其界面效应，有效地阻止光生电子-空穴对的简单复合，从而提高光生电子和空穴的产率，进而提高催化活性。用非晶合金条带所制得的硫化铜/镍粉末形状规则，比表面积大。本专利技术是一种简易经济的合成方法。所得纳米级团簇结构的硫化铜/镍具有较好的光催化降解染料性能。本专利技术的技术方案为：一种纳米材料CuS/Ni的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照以下原子百分比制备Ti-Cu-Ni非晶合金条带：Ti的含量为50％，Cu的含量为39％-50％，Ni的含量为5-11％；将得到的厚度为10μm-30μm、宽度为5-10mm的Ti-Cu-Ni非晶合金条带裁剪成长度为2cm-3cm的条带；该条带在无水乙醇中超声8～12min后，用去离子水进行清洗，然后置于空气中，合金条带干燥后备用；步骤二、将干燥的Ti-Cu-Ni非晶合金条带与硫酸一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为80-120℃，反应时间为36-72h，将反应结束后制得的样品用去离子水冲洗，然后置于40-70℃下干燥后，得到的粉末即为纳米级团簇结构的硫化铜/镍催化剂。所述的硫酸的浓度优选为10-15M。所述的步骤二中的物料配优选为每0.1-0.3克Ti-Cu-Ni非晶合金条带加入到25-35ml硫酸中。所述的一种CuS/Ni的应用，应用于可见光下降解有机染料，特别是亚甲基蓝。本专利技术的有益效果是：纳米尺寸的硫化铜制备方法有很多种，脱合金法由于其操作可控性强，简单易行，制得的纳米级团簇材料具有比表面积大而且形状规则，成本低等优势而成为近几年来应用比较广泛的方法之一。脱合金法，是指对电极电位相差较大的多元固溶体合金进行选择性的腐蚀，通过电解液作用将其中较活泼的元素进行选择性溶解，剩下的金属经团聚生长最终形成纳米级团簇结构。在此基础上，通过理论研究与多次尝试后发现加入镍元素后，增加了催化剂捕获电子的能力，可以提高催化剂的界面效应，提高光生电子和空穴的产率，从而提高催化能力。脱合金的制备方法具有操作过程可控、方法简单易行、费用低等优点，并且可以通过改变工艺参数和后续处理来控制纳米结构的大小和形状。这种方法中所用的合金多为非晶态合金，在非晶态合金中元素都以固溶体状态存在而且非晶态合金的性质可以随着合金中元素的改变而改变，因此非晶态合金的脱合金较晶态合金更有优势。相对于目前的技术，本专利技术的优点：(1)该硫化铜/镍粉体制备方法操作简便易行，实施费用低，操作过程易控制，是一种简便经济的合成方法；(2)从制备得到的硫化铜/镍的微观形貌照片可以看出纳米级团簇结构形状规则，大小均匀；(3)通过硫化铜/镍对亚甲基蓝的降解曲线可以得出该纳米级团簇结构的硫化铜/镍具有较高光催化活性，非常适用于光催化降解染料。附图说明图1为实施例1-3中得到的硫化铜/镍的微观形貌照片，其中，图1(a)为实施例1制得的硫化铜/镍的微观形貌照片；图1(b)为实施例2制得的硫化铜/镍的微观形貌照片；图1(c)为实施例3制得的硫化铜/镍的微观形貌照片。图2为实施例1-3中得到的硫化铜/镍的XRD图。图3为实施例1-3中得到的硫化铜/镍对亚甲基蓝的降解图。具体实施方式下面通过具体实施案例对本专利技术做具体的说明。下面所提供的具体实施案例是为了更加系统的了解本专利技术，而不是限制本专利技术。实施例1：对Ti-Cu-Ni非晶态合金条带进行化学脱合金法，制备纳米级团簇结构的硫化铜/镍催化剂。其制备步骤如下：步骤一、按照以下原子百分比含量制备Ti-Cu-Ni非晶合金条带：Ti的含量为50％，Cu的含量为45％,Ni的含量为5％，利用单辊甩带法制备出非晶合金条带。步骤二、将步骤一得到的厚度为20μm、宽度为6mmTi50Cu45Ni5非晶合金条带裁剪成长度为2cm的条带；该条带在无水乙醇中超声10min后，用去离子水清洗，然后置于空气中，合金条带干燥后备用；步骤三、将步骤二制备得到的Ti50Cu45Ni5非晶合金条带称取0.2g与27.5ml的摩尔浓度为15M的硫酸水溶液一同置于密闭容器中，并放于90℃干燥箱保温48h，反应结束后得到的样品用去离子水冲洗，在60℃的干燥箱中干燥，干燥后得到的粉末即为纳米级团簇结构的硫化铜/镍粉体。图1中的(a)示出了利用S-4800型场发射电子扫描显微镜获得的实施例1制备得到的硫化铜/镍的微观形貌照片，图2中示出了利用RigakuD/max-Ra型X射线衍射仪获得的实施例1制备得到的硫化铜/镍的XRD图。将本专利技术制备得到的纳米级团簇结构的硫化铜/镍应用在光催化降解染料中，步骤是：(1)按照1：3的配比配置亚甲基蓝染料和去离子水得到亚甲基蓝溶液；(2)取6m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米材料CuS/Ni的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤一、按照以下原子百分比制备Ti‑Cu‑Ni非晶合金条带：Ti的含量为50％，Cu的含量为39％‑50％，Ni的含量为5‑11％；将得到的厚度为10μm‑30μm、宽度为5‑10mm的Ti‑Cu‑Ni非晶合金条带裁剪成长度为2cm‑3cm的条带；该条带在无水乙醇中超声8～12min后，用去离子水进行清洗，然后置于空气中，合金条带干燥后备用；步骤二、将干燥的Ti‑Cu‑Ni非晶合金条带与硫酸一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为80‑120℃，反应时间为36‑72h，将反应结束后制得的样品用去离子水冲洗，然后置于40‑70℃下干燥后，得到的粉末即为纳米级团簇结构的硫化铜/镍。

【技术特征摘要】
1.一种纳米材料CuS/Ni的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤一、按照以下原子百分比制备Ti-Cu-Ni非晶合金条带：Ti的含量为50％，Cu的含量为39％-50％，Ni的含量为5-11％；将得到的厚度为10μm-30μm、宽度为5-10mm的Ti-Cu-Ni非晶合金条带裁剪成长度为2cm-3cm的条带；该条带在无水乙醇中超声8～12min后，用去离子水进行清洗，然后置于空气中，合金条带干燥后备用；步骤二、将干燥的Ti-Cu-Ni非晶合金条带与硫酸一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为80-120℃，反应时间为36-72h，将反应结束后制...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雨婷，李强，王兴华，史少凯，许超群，董闯，刘帅帅，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12