一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括铜镍合金纳米线以及原位生长于所述铜镍合金纳米线表面的二氧化钛颗粒。本发明专利技术采用湿化学法，在铜镍合金纳米线表面水解生长二氧化钛颗粒，从而得到铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，并将其应用于可见光下光催化降解乙醛，达到有效降解VOCs从而净化空气的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种新型二元金属合金半导体异质结构的纳米复合材料及其制备方法，属于光催化材料的制备领域。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)由于具有物理化学性质稳定、耐化学和光腐蚀、无毒、廉价等优点，作为一种理想的半导体材料，被广泛应用于太阳能电池、光催化制氢及光催化降解有机无机污染物等领域。但是TiO2作为一种典型宽带隙半导体材料自身还存在一些明显的不足，其禁带宽度过大，光响应范围较窄，只能受紫外光激发；且TiO2受激发产生的电子空穴对容易复合，导致了光催化效率的降低，使其在实际应用中存在诸多限制。随着研究的开展，许多人提出了通过掺杂或负载某些元素或化合物来提高TiO2的光催化活性，使其能扩展到可见光响应领域(参照文献1)。近年来，许多研究者试图通过将二氧化钛纳米颗粒负载在不同的材料上来构筑能够提高光催化效率的异质结构，包括Ag/TiO2，Cu/TiO2，CeO2/TiO2,石墨烯/TiO2，MoS2/TiO2，SnO2/TiO2等(参照文献2-4)。其中，金属/半导体异质结构通过提高光生载流子在金属半导体界面的有效分离从而能够提高其光捕获及光催化能力，此外，金属由于其局域表面等离子体共振效应，不仅能够提高邻近半导体的光吸收，而且能敏化宽带隙半导体使复合光催化剂的吸收光谱发生红移，实现可见光吸收。B.Babu等人通过简易的两步湿化学法在铜纳米线上负载二氧化钛合成了具有核壳结构的铜金属纳米线/二氧化钛复合材料，并且研究了该复合材料光催化剂在紫外光下对液相有机污染物的光催化降解能力(参照文献5)。但是，铜纳米线/TiO2材料因其金属半导体异质结处肖特基势垒过低，从而一定程度上不利于抑制电子空穴对的复合率导致其光催化活性仍有待提高，且铜纳米线/TiO2材料容易失活变性，大大限制了其实际应用。本专利技术所制备的铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料能够有效降解流动体系下乙醛气体等挥发性有机化合物，且在紫外光和可见光下均具有较高的光催化降解性能。该复合材料具有新颖性及创新性，在去除雾霾前体污染物及室内污染气体方面具有广阔的应用前景。现有技术文献：文献1Yi-HsingLin,Hsin-TaHsueh,etal.AppliedCatalysisB:Environmental199(2016)1–10；文献2ChangchaoJia,PingYang,etal.ChemCatChem2016,8,839–847；文献3WeiweiZhang,HanlinGuo,etal.AppliedSurfaceScience382(2016)128–134；文献4YuxinZhang，MingHuang,etal.JMaterSci(2013)48:6728–6736；文献5B.Babu,K.Mallikarjuna,etal.MaterialsLetters,176(2016)265–269。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种新型的二元金属合金半导体异质结构的二氧化钛基纳米光催化材料及其制备方法，即本专利技术的目的在于提供一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料及其制备方法，本专利技术的另一目的在于提供一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料在空气净化中的应用。一方面，本专利技术提供了一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料(铜镍合金纳米线/二氧化钛纳米颗粒半导体异质结构的光催化材料)，所述复合材料包括铜镍合金纳米线以及原位生长于所述铜镍合金纳米线表面的二氧化钛颗粒。本专利技术选用铜镍合金纳米线为负载金属，在其表面原位生长二氧化钛颗粒，得到一种具有双金属半导体异质结构的高性能光催化剂。其中，铜镍合金纳米线一维结构在电子传输方面具有独特的优势，相较于纳米颗粒而言能够快速将电子传导出去，加速光生电子和空穴的分离，从而有效抑制了光生电子空穴的复合率，光照条件下分离开来的光生电子和空穴能够分别与吸附在材料表面的氧气和水等发生化学发应生成超氧自由基和羟基自由基，更多的活性自由基的生成从而大大提高了复合材料的光催化活性。而且铜镍合金纳米线的核壳结构由内层的铜核和外层的镍壳组成，由于其外层的镍壳高度均一稳定，铜镍合金纳米线在65℃下一个月内表现出显著的稳定性，使得该复合材料光催化剂可以长期保持高催化活性。较佳地，所述铜镍合金纳米线和二氧化钛颗粒的重量比为(0.01～0.20)：1，优选(0.01～0.05)：1。较佳地，所述铜镍合金纳米线的直径为20～200nm，长度为1～20μm，，其中铜和镍的摩尔比为(8～1)：1，优选为4:1。本专利技术中采用的铜镍合金纳米线独特的核壳结构是由内层的铜核和外层的镍壳组成，其中铜和镍的摩尔比为(8～1)：1(优选为4:1)时，其外层的镍壳基本保持高度均一稳定，才使得该复合材料光催化剂可以长期保持高催化活性。较佳地，所述二氧化钛颗粒的粒径为50～300nm，优选150～250nm。另一方面，本专利技术还提供了一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料的制备方法，包括：向铜镍合金纳米线分散液中加入去离子水和有机钛源，持续反应0.5～24小时，得到悬浊液；将所得悬浊液经离心洗涤、真空干燥后，于惰性气氛中在200～600℃下退火处理1～12小时，得到所述铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料光催化剂。本专利技术采用湿化学法在铜镍合金纳米线表面进行异丙醇钛水解生成二氧化钛颗粒，得到形貌为二氧化钛纳米颗粒包覆铜镍合金纳米线的所述铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料。本专利技术通过常温湿化学方法制备，二氧化钛纳米颗粒原位生长在铜镍合金纳米线表面形成二氧化钛纳米颗粒包覆铜镍合金纳米线的结构。本专利技术提供的复合材料中，颗粒大小均匀的二氧化钛纳米颗粒紧密包覆在铜镍合金纳米线周围，是一种新型的光催化材料，且通过调节该异质结构复合材料中Cu-Ni纳米线和TiO2的重量比，得到了不同的光催化活性。较佳地，所述铜镍合金纳米线分散液的分散剂为有机溶剂，优选为乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、甲苯和丙酮中的至少一种。较佳地，所述有机钛源为异丙醇钛或钛酸四丁酯。较佳地，所述铜镍合金纳米线和有机钛源的摩尔比为(0.01～0.50)：1，优选(0.01～0.20)：1。较佳地，所述惰性气体为氩气或氮气。第三方面，本专利技术提供了一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料在催化降解挥发性有机化合物(VOC)中的应用。挥发性有机化合物为甲醛、乙醛、苯、甲苯、芳香烃中的其中一种。第四方面，本专利技术提供了一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料涂层。其制备方法：将上述铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料通过溶剂分散，刮涂在衬底上形成复合材料涂层。所述涂层在光照下能够有效降解气态污染物。较佳地，所述溶剂为乙醇。又，较佳地，所述铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料与溶剂的质量的比为(1-10)：(90-99)。较佳地，所述涂层的涂覆量为每平方米10～20g。本专利技术采用湿化学法，在铜镍合金纳米线表面水解生长二氧化钛颗粒，从而得到铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，并将其应用于可见光下光催化降解乙醛，达到有效降解VOCs从而净化空气的目的。同时通过调节不同的Cu-Ni纳米线和TiO2的重量比，得到可见光催化活性最优的复合涂层材料。本专利技术提供的铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述复合材料包括铜镍合金纳米线以及原位生长于所述铜镍合金纳米线表面的二氧化钛颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述复合材料包括铜镍合金纳米线以及原位生长于所述铜镍合金纳米线表面的二氧化钛颗粒。2.根据权利要求1所述的铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述铜镍合金纳米线和二氧化钛颗粒的质量比为（0.01～0.20）：1，优选（0.01～0.05）：1。3.根据权利要求1或2所述的铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述铜镍合金纳米线的直径为20～200nm，长度为1～20微米，其中铜和镍的摩尔比为（8～1）：1，优选为4:1。4.根据权利要求1-3中任一项所述的铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述二氧化钛颗粒的粒径为50～300nm，优选150～250nm。5.一种如权利要求1-4中任一项所述铜镍合金纳米线/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括：向铜镍合金纳米线分散液中加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙静，朱书影，谢晓峰，王焱，陆冠宏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31