[发明专利]一种光催化复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

水中的有机污染物是难处理的污染源之一，具有高毒性，长期残留性和生物体内的累积性。多数有机污染物是有颜色的，能够使水体系整体透光度发生改变，导致水生态环境发生不可逆的破坏。因此，有效地处理水中的有机污染物具有重要的现实意义。

目前，用于除去有机污染物的方法主要有吸附法、膜过滤法、生物氧化法、化学氧化法和光催化氧化法等。其中，光催化氧化法是20世纪80年代兴起的一种污染物处理技术，与传统的处理技术相比，其具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点。几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO₂和H₂O等简单无机物，从而达到污染物无害化处理的要求。因此，光催化领域的当务之急是开发有效的半导体光催化材料。

纳米二氧化钛是一种重要的无机半导体材料，其具有独特的物理化学性质，例如：比表面积大、活性高、热导性好、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在化妆品、功能陶瓷和气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。1972年Fujishima和Hondallt发表了关于二氧化钛电极上光分解水的论文，由此研究者对纳米二氧化钛材料的光催化性质开始了深入的研究。研究表明，纳米二氧化钛能将污染物、臭气、细菌、微生物、甲醛、甲苯和二甲苯等有害有机物彻底分解成无害的CO₂和H₂O，且不产生二次污染。纳米二氧化钛光催化降解有机物已经成为一种有效的污染治理技术。

然而二氧化钛是间接带隙半导体，其带隙较宽只能吸收波长小于387nm的紫外辐射，吸收光谱只占太阳光谱中很小的一部分，不能充分利用太阳能；另一方面纯二氧化钛的光生电子和空穴很容易复合，导致光量子效率下降，从而影响光催化效果。

研究者发现，通过制备含二氧化钛的半导体复合材料可以有效的分离光生电子和空穴，提高材料的光量子效率。有关文献已经报道了TiO₂/CdS，TiO₂/CdSe，TiO₂/WO₃等材料的制备方法和性能研究。上述复合材料中负责吸收可见光的半导体例如CdS、CdSe等，其带隙、价带和导带的位置都是固定的，因此，上述半导体复合材料的吸光范围不变，其光催化的能力仍较低。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种光催化能力较高的光催化复合材料及其制备方法。

有鉴于此，本发明提供了一种光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将第一有机配体包覆的二氧化钛纳米晶溶于第一有机溶剂，得到第一溶液；

将第二有机配体包覆的半导体纳米晶溶于第二有机溶剂，得到第二溶液，所述半导体纳米晶具有以通式（Ⅰ）表示的原子比组成，

将所述第一溶液与第二溶液混合，得到第三溶液，将所述第三溶液加热，得到固体；将所述固体在水蒸气的气氛下进行煅烧，得到光催化复合材料，所述光催化复合材料由二氧化钛纳米晶与半导体纳米晶组成，所述二氧化钛纳米晶与所述半导体纳米晶的摩尔比为10:1~1:10；所述半导体纳米晶具有以通式（Ⅰ）表示的原子比组成：

（ZnS）_x（Cu₂SnS₃）_1-x    （Ⅰ），

其中，0≤x≤1。

优选的，所述第一有机配体为油酸、油胺、十八胺、十六胺、十二胺、十二酸或十四酸。

优选的，所述第一有机溶剂为甲苯、二甲苯或三氯甲烷。

优选的，所述第二有机配体为油酸、油胺、十八胺、十六胺、十二胺、十二酸或十四酸。

优选的，所述第二有机溶剂为甲苯、二甲苯或三氯甲烷。

优选的，所述加热的温度为120~220℃。

优选的，所述煅烧的温度为300~500℃。

优选的，所述煅烧的时间为0.5~5h。

本发明还提供了一种光催化复合材料，其特征在于，所述光催化复合材料由二氧化钛纳米晶和半导体纳米晶组成，所述二氧化钛纳米晶与所述半导体纳米晶的摩尔比为10:1~1:10，所述半导体纳米晶具有以通式（Ⅰ）表示的原子比组成：

（ZnS）_x（Cu₂SnS₃）_1-x    （Ⅰ）；

其中，0≤x≤1。