[发明专利]一种TiO2/CdS纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米复合材料的制备方法，尤其是纳米材料TiO₂/CdS空心微球的制备方法。

背景技术

随着世界人口不断增长和经济的快速发展，以及煤、石油、天然气等天然化石能源的加速消耗，发展新的替代能源将是人类必须面临急需解决的科学问题。太阳光被人类视为最理想的能量来源之一。光催化过程则可以实现将太阳能转化为化学能、电能存储起来，或者直接用于处理环境中的毒性污染物，因此其优越性显而易见。其中半导体光催化具有速度快、无选择性、降解完全等生物降解中所无法比拟的优点，又在能耗低、无毒、使用周期长等方面明显优于传统的化学氧化方法，因而倍受人们的关注，成为国内外研究新的热点。用太阳光作为一种新的替代能，从而也缓解了能源危机。

在众多半导体光催化剂中，TiO₂因其具有氧化能力强、催化活性高，以及物理、生物、化学稳定性好等优势一直处于光催化研究中的核心地位。TiO₂是一种宽禁带半导体，锐钦矿和金红石相的禁带能分别是3.0和3.2eV。近年来，立体结构TiO₂以其结构独特、性能优异、使用范围广等诸多特点而备受国内外研究者青睐。具有低密度、大比表面积的纳米晶粒TiO₂微球就是其中之一，纳米晶粒结构的特点使其具有高催化活性，而微米尺寸又使其具有易于分离和重复使用等优良性能，深入研究其合成、改性及光催化性能，对水资源再生利用具有深远意义。硫族化合物半导体中，硫化镉是一种属II-VI族的化合物半导体材料，其禁带宽度约为2.42eV，非常接近黄光的区域，因此可以用来制备黄色发光管和激光器等。纳米CdS因为具有独特的光电性能及显著的量子尺寸效应，所以是一种非常具有研究潜力的，相当重要的光电半导体材料，同时它制备起来很便宜、非常适合进行大规模的生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，成本低，可大规模生产的制备无机纳米复合材料CdS/TiO₂空心微球的方法。

一种TiO₂/CdS纳米复合材料的制备方法，其特征是步骤如下：

(1)SiO₂微球的制备：取正硅酸乙酯和无水乙醇，在常温下搅拌混合均匀，其中正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1∶6～15之间，记为A液；

再取去离子水、无水乙醇、氨水在常温下搅拌混合均匀，其中去离子水、无水乙醇、氨水的体积比为1∶2～3∶6～12之间，记为B液；

将上述A、B两种分别配制的溶液混合，在搅拌条件下进行反应3小时，得到二氧化硅微球溶胶，最后把溶胶经无水乙醇、去离子水超声离心循环清洗，得SiO₂微球；

(2)SiO₂/TiO₂的制备：以体积比为1∶50量取钛酸四丁酯、无水乙醇，在密封、常温下搅拌混合均匀；

取步骤(1)中制备的SiO₂微球以0.001g/mL的浓度超声分散在无水乙醇中，然后再往SiO₂微球溶液中加入氨水且混合均匀；其中氨水与SiO₂微球的无水乙醇溶液的体积比为1∶50～66之间；

将上述两溶液混合，置于60℃恒温反应3～3.5小时；

反应完成得SiO₂/TiO₂微球溶胶，微球经无水乙醇、去离子水离心超声循环清洗，得SiO₂/TiO₂微球；

(3)SiO₂/TiO₂/CdS的制备：将上述步骤(2)制备得到的SiO₂/TiO₂微球以0.001g/mL的浓度超声分散在去离子水中，形成SiO₂/TiO₂微球水溶液；

加入0.1mol/L柠檬酸钠水溶液，其中柠檬酸钠水溶液与上述混合溶液的体积比为1∶15；

用氨水调节溶液，使溶液的pH值为9.5～10.0之间；

然后一次性加入0.1mol/L氯化镉水溶液和0.1mol/L硫脲水溶液，其中的氯化镉水溶液、硫脲水溶液的体积比为1∶2；其中氯化镉水溶液与SiO₂/TiO₂微球水溶液的体积比为1∶20；

再用氨水调节混合溶液的pH值至10.5～11.0之间，使混合溶液在65℃恒温超声下持续反应1-2小时；