一种H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制备方法技术

一种H‑TiO2/CdS/Cu2‑xS纳米带的制备方法，本发明专利技术涉及半导体复合材料的制备方法，它是要解决现有的催化剂对太阳能转化率较低、成本较高的技术问题。本方法：首先将TiO2纳米带进行酸腐蚀和还原气氛处理，得到表面粗糙的H‑TiO2纳米带：再利用化学浴沉积方法，在H‑TiO2纳米带表面修饰CdS纳米颗粒，得到H‑TiO2/CdS纳米复合物；最后通过离子交换的方法，用Cu

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体复合材料的制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，在史前形成，孕育数百年的化石燃料，如煤炭、天然气和石油等这些在人类生活中起着重要作用的不可再生能源，正在不断的减少，甚至濒临枯竭。同时这些化石燃料在燃烧使用的过程中，会释放很多氮氧化物、硫氧化物和碳氧化物等空气污染物，使全球气候发生变化，严重影响着人类的健康问题。因此，寻找可再生、清洁的能源，成了当今世界迫在眉睫的任务和使命。通过光催化水分解产生大量的氢，在这个催化过程中，只涉及到质子、能量和水之间的转化，并没有产生任何的副产物和污染物。因此，光催化过程对于能量和环境方面做出了极大的贡献。而制备催化剂，有效的吸收太阳光，促进水分解成为了具有挑战的任务。太阳能光谱包括仅占全谱6.8％的紫外光谱(小于400nm)、38.9％的可见光光谱(400-700nm)、还有54.3％的红外光谱(760-3000nm)。从波谱的分布可以看出，发展可见光下有活性、价廉、有效稳定的催化剂是一项非常有意义的工作。但是，目前多种半导体相结合的复合材料，不能充分的利用太阳能光谱，大多数催化剂依靠贵金属等作为助催化剂，从而使制备成本较高。而如果在光催化领域设计并合成一种能够吸收全波谱的催化剂，对于光催化领域而言，又将会是一个新的突破。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的催化剂对太阳能转化率较低、成本较高的技术问题，而提供一种H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制备方法。本专利技术的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制备方法，按以下步骤进行：一、将纳米二氧化钛分散于NaOH溶液中，待超声均匀后，转移至聚四氟乙烯反应釜中，在160～180℃保持48～60h；冷却到室温后，得到Na2Ti3O7粉末；将Na2Ti3O7粉末用去离子水洗涤干净，再加入到HCl溶液中搅拌24h～48h，用去离子水清洗干净后，将得到的H2Ti3O7白色粉末与H2SO4溶液一起放入聚四氟乙烯反应釜中，在80～100℃保持12～24h；最后，将获得的产物用去离子水和无水乙醇清洗干燥后，放在马弗炉中在400～600℃煅烧2～6h，得到具有粗糙表面的TiO2纳米带；二、将步骤一得到的粗糙表面的TiO2纳米带在氮气与氢气的混合气体的气氛中，升温至400～600℃并保温4～6h，得到H-TiO2纳米带；三、将步骤二得到的H-TiO2纳米带放入Cd(NO3)2溶液中搅拌30～60min后，离心洗涤，然后再将H-TiO2纳米带放入Na2S溶液中搅拌30～60min，离心洗涤；如此反复用Cd(NO3)2、Na2S溶液处理多次后，用去离子水和乙醇洗涤干燥后，得到H-TiO2/CdS纳米复合材料；四、将步骤三得到的H-TiO2/CdS纳米复合材料超声分散在甲苯溶液中，然后将[MeCN]4CuPF6的甲醇溶液滴入H-TiO2/CdS纳米复合材料的甲苯溶液中，搅拌15～30min，用甲醇洗涤干燥后，得到H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带。本专利技术以酸腐蚀和还原气氛处理的H-TiO2纳米带作为主体材料，硝酸镉作为镉源，硫化钠作为硫源，用化学浴沉积的方法在H-TiO2纳米带上修饰CdS纳米粒子，得到H-TiO2/CdS纳米复合材料，再利用离子交换的方法，用Cu+部分置换Cd2+，就可以得到催化性能优异的三元异质结构催化剂。本专利技术得到的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带，对太阳能光谱有很好的光响应，对紫外、可见和近红外区域的光都有很好的吸收。并且三种半导体之间交错的能带更好的促进了电子和空穴的分离，使之作为光催化产氢的催化剂时，在没有贵金属等助催化剂存在的条件下，产氢速率可以达到261.54μmol·g-1·h-1。并且这种三元异质结构的催化剂具有很好的重复利用性，在重复五次实验后，产氢速率依然可以达到210.63μmol·g-1·h-1。本材料在没有贵金属材料作为助催化剂的条件下，充分利用了太阳光，增加了太阳能的转化利用率，促进了光生电子和空穴的分离，降低了反应成本，为制备具有高效率的催化剂提供了新思路。附图说明图1是试验1中制备的未经H2SO4处理的光滑TiO2纳米带的扫描电子显微镜(SEM)图；图2是试验1中未经H2SO4处理的光滑TiO2纳米带的低倍率扫描电子显微镜(SEM)图；图3是试验1中制备的粗糙H-TiO2纳米带的扫描电子显微镜(SEM)图；图4是试验1制备的粗糙H-TiO2纳米带的透射电子显微镜(TEM)图；图5是试验1制备的H-TiO2/CdS纳米复合材料的透射电子显微镜(TEM)图；图6是试验1制备的H-TiO2/CdS纳米复合材料的粒径分析图；图7是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的透射电子显微镜(TEM)图；图8是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的高倍透射电子显微镜(HRTEM)图；图9是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的高角环形暗场像-扫描透射电子像的元素分布图；图10是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的X射线光电子能谱图；图11是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的XRD谱图；图12是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的UV-Vis-NIR谱图；图13是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的产氢速率对比图谱；图14是试验1制备的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的循环使用后产氢速率图谱。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制备方法，按以下步骤进行：一、将纳米二氧化钛分散于NaOH溶液中，待超声均匀后，转移至聚四氟乙烯反应釜中，在160～180℃保持48～60h；冷却到室温后，得到Na2Ti3O7粉末；将Na2Ti3O7粉末用去离子水洗涤干净，再加入到HCl溶液中搅拌24h～48h，用去离子水清洗干净后，将得到的H2Ti3O7白色粉末与H2SO4溶液一起放入聚四氟乙烯反应釜中，在80～100℃保持12～24h；最后，将获得的产物用去离子水和无水乙醇清洗干燥后，放在马弗炉中在400～600℃煅烧2～6h，得到具有粗糙表面的TiO2纳米带；二、将步骤一得到的粗糙表面的TiO2纳米带在氮气与氢气的混合气体的气氛中，升温至400～600℃并保温4～6h，得到H-TiO2纳米带；三、将步骤二得到的H-TiO2纳米带放入Cd(NO3)2溶液中搅拌30～60min后，离心洗涤，然后再将H-TiO2纳米带放入Na2S溶液中搅拌30～60min，离心洗涤；如此反复用Cd(NO3)2、Na2S溶液处理多次后，用去离子水和乙醇洗涤干燥后，得到H-TiO2/CdS纳米复合材料；四、将步骤三得到的H-TiO2/CdS纳米复合材料超声分散在甲苯溶液中，然后将[MeCN]4CuPF6的甲醇溶液滴入H-TiO2/CdS纳米复合材料的甲苯溶液中，搅拌15～30min，用甲醇洗涤干燥后，得到H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中NaOH溶液的浓度为5～10mol/L；其它与具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种H‑TiO2/CdS/Cu2‑xS纳米带的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将纳米二氧化钛分散于NaOH溶液中，待超声均匀后，转移至聚四氟乙烯反应釜中，在160～180℃保持48～60h；冷却到室温后，得到Na2Ti3O7粉末；将Na2Ti3O7粉末用去离子水洗涤干净，再加入到HCl溶液中搅拌24h～48h，用去离子水清洗干净后，将得到的H2Ti3O7白色粉末与H2SO4溶液一起放入聚四氟乙烯反应釜中，在80～100℃保持12～24h；最后，将获得的产物用去离子水和无水乙醇清洗干燥后，放在马弗炉中在400～600℃煅烧2～6h，得到具有粗糙表面的TiO2纳米带；二、将步骤一得到的粗糙表面的TiO2纳米带在氮气与氢气的混合气体的气氛中，升温至400～600℃并保温4～6h，得到H‑TiO2纳米带；三、将步骤二得到的H‑TiO2纳米带放入Cd(NO3)2溶液中搅拌30～60min后，离心洗涤，然后再将H‑TiO2纳米带放入Na2S溶液中搅拌30～60min，离心洗涤；如此反复用Cd(NO3)2、Na2S溶液处理多次后，用去离子水和乙醇洗涤干燥后，得到H‑TiO2/CdS纳米复合材料；四、将步骤三得到的H‑TiO2/CdS纳米复合材料超声分散在甲苯溶液中，然后将[MeCN]4CuPF6的甲醇溶液滴入H‑TiO2/CdS纳米复合材料的甲苯溶液中，搅拌15～30min，用甲醇洗涤干燥后，得到H‑TiO2/CdS/Cu2‑xS纳米带。...

【技术特征摘要】
1.一种H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将纳米二氧化钛分散于NaOH溶液中，待超声均匀后，转移至聚四氟乙烯反应釜中，在160～180℃保持48～60h；冷却到室温后，得到Na2Ti3O7粉末；将Na2Ti3O7粉末用去离子水洗涤干净，再加入到HCl溶液中搅拌24h～48h，用去离子水清洗干净后，将得到的H2Ti3O7白色粉末与H2SO4溶液一起放入聚四氟乙烯反应釜中，在80～100℃保持12～24h；最后，将获得的产物用去离子水和无水乙醇清洗干燥后，放在马弗炉中在400～600℃煅烧2～6h，得到具有粗糙表面的TiO2纳米带；二、将步骤一得到的粗糙表面的TiO2纳米带在氮气与氢气的混合气体的气氛中，升温至400～600℃并保温4～6h，得到H-TiO2纳米带；三、将步骤二得到的H-TiO2纳米带放入Cd(NO3)2溶液中搅拌30～60min后，离心洗涤，然后再将H-TiO2纳米带放入Na2S溶液中搅拌30～60min，离心洗涤；如此反复用Cd(NO3)2、Na2S溶液处理多次后，用去离子水和乙醇洗涤干燥后，得到H-TiO2/CdS纳米复合材料；四、将步骤三得到的H-TiO2/CdS纳米复合材料超声分散在甲苯溶液中，然后将[MeCN]4CuPF6的甲醇溶液滴入H-TiO2/CdS纳米复合材料的甲苯溶液中，搅拌15～30min，用甲醇洗涤干燥后，得到H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带。2.根据权利要求1所述的一种H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，楚家玉，韩喜江，张彬，杜耘辰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23