一种非晶纳米多孔二氧化钛复合材料及其沉积硫化镉的方法技术

本发明专利技术公开了一种非晶纳米多孔二氧化钛复合材料及其沉积硫化镉的方法，首先利用电化学脱合金法制备纳米多孔二氧化钛，然后在非晶纳米多孔二氧化钛中沉积CdS，最后进行退火处理。本发明专利技术实现硫化镉纳米颗粒的均匀分布和提高多孔二氧化钛的光电流，该制备过程简单，对环境污染较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种纳米材料及其改性方法，更具体地说，涉及ー种纳米材料及其利用水热法改性纳米材料的方法。
技术介绍
纳米结构的ニ氧化钛由于其巨大的比表面积和优异的光电性能，近年来，在光催化，太阳能电池，光解水制氢等研究方面受到了广泛的关注。脱合金法使制备比表面积较大的纳米结构ニ氧化钛的重要方法之一。它是指在合金中通过一定的方法腐蚀掉较为活泼的元素而留下不活泼的元素并形成多孔结构。在氧化性介质中，多孔金属的表面会形成氧化层，从而可以用于制备纳米多孔ニ氧化钛材料。相对于晶态合金，非晶态合金由于其在亚纳米级别的成分和组织的均匀性，更适合作为脱合金法的初始合金。另外，由于禁带宽度较宽，ニ氧化钛的光吸收区间取出紫外波段，而这一波段的能量只占太阳光能总量的4 5%，所以人们在对ニ氧化钛的光敏化方面做了大量的研究。常用的方法是用ー种禁带宽度较窄的半导体与ニ氧化钛复合，来拓宽材料对光的响应范围至可见光区，继而提高催化效率或太阳光能的利用率。CdS是ー种比较常用的光敏化剂，在拓宽ニ氧化钛的光响应方面具有良好的效果。但是传统的制备方法一般都要用到氨水，挥发出来的氨气会对大气环境造成不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供ー种多孔纳米ニ氧化钛和硫化镉纳米颗粒的复合材料及其制备方法，实现硫化镉纳米颗粒的均匀分布和提高多孔ニ氧化钛的光电流，该制备过程简单，对环境污染较小。本专利技术的目的通过下面技术方案予以实现首先(即步骤I)利用电化学脱合金法制备纳米多孔ニ氧化钛将非晶钛铜合金作为工作电极，以饱和甘汞电极作为參比电极，以钼网或者钼片或者石墨电极作为辅助电极， 电解液为硝酸水溶液，浓度为3-8mol/L，相对于开路电位恒电位加压0. 75 I. 5V，在50 80°C的水浴中进行I 4小时的电化学脱合金反应，可制得非晶纳米多孔ニ氧化钛然后(即步骤2)将步骤(I)制备的非晶纳米多孔ニ氧化钛置于CdS沉积液中在 50 90°C水浴中沉积8 30分钟，所述CdS沉积液为水溶液，由0. 001 0. 01mol/L CdCl2,0.002 0. 015mol/L氮川三こ酸钠(Na3NTA)和0. 001 0. 015mol/L硫脲组成，溶液的pH 值由碱液调节至9. 5 11. 5最后(步骤3)将所制备的硫化镉复合纳米多孔ニ氧化钛材料在180-220°C的温度下进行退火热处理0. 5-3小吋，以提高硫化镉与多孔结构的结合力其中所述步骤⑴中，使用的非晶钛铜合金中Ti和Cu的原子摩尔比为(2 5) (8 5)，优选Ti和Cu的原子摩尔比为3 7。所述步骤(I)中，硝酸水溶液浓度优选为3. 38 7. 55mol/L,更加优选5. 36mol/ し所述步骤(I)中，相对于开路电位的恒定电压优选为1-1. 25V，通入电压的时间优选为 I. 5-2h。所述步骤(I)中，水浴温度为60-70°C。所述步骤(2)中的沉积水浴温度优选为60_75°C，更加优选为70°C;沉积时间优选 10-20分钟，更加优选为12分钟。所述步骤(2)中，CdS沉积液中CdCl2的浓度优选为0. 004 0. 006mol/L，更优选为0. 005mol/L, Na3NTA的浓度优选为0. 007 0. 01mol/L,更优选为0. 0075mol/L,和硫脲的浓度优选为0. 005 0. 0065mol/L，更优选为0. 00625mol/L。所述步骤(3)中的退火温度优选为190-200°C，时间优选为1-2小吋。本专利技术的方法操作简便，耗时较短，与传统制备方法相比，主要有以下几个优势(I)解决了颗粒团聚的特点，使其均匀分布在ニ氧化钛的纳米多孔结构之上(如附图I所示，扫描电镜为S4800 ；Hitachi, Japan) ； (2)反应时间大大缩短，且操作简单；(3)可以有效控制纳米颗粒的粒径大小；(4)可以牢固地附着在ニ氧化钛的纳米多孔结构上；(5)反应过程中不使用氨水，因而在不会因反应过程产生氨气而对环境造成影响。经X射线光电子能谱分析(XPS,为英国Kratos公司的AXIS Ultra XPS能谱仪)可知，(a)中结合能在464. 3eV和458. 7eV，证明了 Ti是+4价的，(b)中结合能在530. OeV，证明了 0是-2价的，(c)中结合能在411.8eV和405. OeV，证明了 Cd是+2价的，(d)中结合能在161.2eV和 162. 3eV,证明了 S是-2价的，充分证明已经生成ニ氧化钛并沉积了 CdS纳米颗粒。使用电化学工作站Gamry Ref600进行,光电流性能试验。电解质为亚硫酸钠与硫化钠的混合溶液，其浓度分别为0. 05mol/L和0. lmol/L。由热处理后的硫化镉复合纳米多孔ニ氧化钛材料光阳极在130mW/cm2的氙灯光源光照下，可获得的电流密度可达2. 5mA/cm2(如附图3所示)，在太阳能电池以及光催化领域具有良好的应用前景。附图说明图I在非晶纳米多孔ニ氧化钛表面得到的纳米硫化镉颗粒形貌照片(扫描电子显微镜)。图2X射线光电子能谱分析谱图(XPS，为英国Kratos公司的AXIS Ultra XPS能谱仪)，其中(a)图为Ti，(b)图为0，(C)图为Cd，(d)图为S图3硫化镉复合纳米多孔ニ氧化钛材料光阳极在氙灯光照下的光电流曲线。具体实施例方式下面结合具体实施例进ー步说明本专利技术的技术方案其中恒电流法利用Gamry RefGOO电化学工作站，采用三电极体系，即钼网电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为參比电极，非晶态Ti-Cu合金为工作电极，其中辅助电极也可以采用钼片或者石墨，调节pH值的碱液选用IOwt%的氢氧化钠或者氢氧化钾水溶液即可。实施例I(I)选用Ti3tlCu7tl非晶合金条带为工作电极，电解液为5. 36mol/L HNO3溶液，水浴温度70°C，相对參比电极恒电位加压IV，持续时间I. 5小时，制得非晶纳米多孔ニ氧化钛。(2)将步骤(I)制备的纳米多孔ニ氧化钛置于硫化镉沉积液中在70°C水浴下沉积 12分钟，所述硫化镉沉积液中，CdCl2的浓度为0. 005mol/L,Na3NTA的浓度为0. 0075mol/L, 和硫脲的浓度为0. 00625mol/L, pH值调节至11. 0(3)将步骤(2)得到的硫化镉复合纳米多孔ニ氧化钛在200°C退火2小吋。实施例2(I)选用Ti2tlCu8tl非晶合金条带为工作电极，电解液为3. 38mol/LHN03溶液，水浴温度60°C，相对參比电极恒电位加压I. 5V，持续时间I小时，制得非晶纳米多孔ニ氧化钛。(2)将步骤(I)制备的纳米多孔ニ氧化钛置于硫化镉沉积液中在90°C水浴下沉积 8分钟，所述硫化镉沉积液中，CdCl2的浓度为0. 00ImoI/LjNa3NTA的浓度为0. 007mol/L，和硫脲的浓度为0. 001mol/L, pH值调节至11. 5(3)将步骤⑵得到的硫化镉复合纳米多孔ニ氧化钛在190°C退火2. 5小吋。实施例3(I)选用Ti5tlCu5tl非晶合金条带为工作电极，电解液为8mol/LHN03溶液，水浴温度 80°C，相对參比电极恒电位加压I. 25V，持续时间4小时，制得非晶纳米多孔ニ氧化钛。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，朱胜利，崔振铎，杨贤金，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：