[发明专利]一种量子点修饰纳米二氧化钛乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米TiO₂光催化剂及其制备工艺，具体的说是一种量子点修饰纳米二氧化钛乳液及其制备方法。

背景技术

1972年，日本东京大学藤岛昭教授首次发现二氧化钛具有光分解水性能，自此，经过30多年的努力，纳米二氧化钛光触媒技术的应用研究也不断取得突破性的进展：1990年，Weller等将CdS量子点敏化到介孔TiO₂电极上，并将其应用到太阳能电池中；1991年，瑞士Gratzel教授发明了染料敏化太阳能电池，这种电池因其制备工艺简单、成本低等特点被广泛关注，其中TiO₂被广泛应用为这种电池光阳极材料；1993年，Fox等发表了利用TiO₂光催化性能降解污染物的论文，引发研究者的广泛关注。作为一种重要的无机功能材料，纳米二氧化钛因具有比表面积大、无毒、成本低和使用寿命长等优点而在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等方面有广阔的应用。

但是由于TiO₂对可见光吸收差、量子效率低，抑制了其对太阳光的利用率，从而也限制了它的光催化性能，目前解决这一问题的主要途径是对纳米TiO₂表面进行修饰。对纳米TiO₂表面修饰进行改性的方法有很多，相对而言，使用量子点修饰纳米TiO₂是一种更为行之有效的改性方法，如以硫化镉（CdS）修饰纳米TiO₂为例，CdS的带隙能为2.5eV，当照射的光子能量足够时，CdS和TiO₂同时发生电子跃迁，由于价带与导带间的能级差异，光生空穴将集中在复合的CdS的价带上，而光生电子则集中在TiO₂的导带上，实现光生空穴和光生电子在空间上的有效分离，拓宽了TiO₂的光谱响应范围，并提高了催化剂的光催化性能；当激发光子能量仅介于CdS与TiO₂的带隙能之间，激发能仅能激发CdS，不足以激发TiO₂，由于CdS导带位置比TiO₂导带位置高，在整个激发过程中，仅CdS发生带间跃迁，使得CdS上受激发的电子更容易转移到TiO₂的导带上，而激发产生的空穴仍留在CdS的价带上，在空间上实现光生电子和空穴的分离，提高光催化效率。

目前，量子点修饰纳米TiO₂的制备方法很多，如Ratanatawanate等使用化学沉积法将PbS量子点沉积到TiO₂纳米管上，提高了光催化性能，拓宽了对太阳光谱的利用。同年，Li等利用简单的湿化学方法复合了CdS和TiO₂纳米管，在紫外光照射下，提高了对甲基橙的降解效率。徐占霞等采用浸渍法和水热相结合制备了新型的CdS/TiO₂纳米复合材料。上述化学沉积法、湿化学方法、浸渍法、水热法等都具有制备工艺技术复杂、原材料毒性大、高成本等缺点，不利于实现产业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原材料廉价且制备工艺简单的量子点修饰纳米二氧化钛乳液的制备方法，以解决现有制备方法由于制备工艺技术复杂、原材料毒性大、成本高等问题而不利于产业化实施的问题。

本发明的目的是按如下的技术方案实现的：

一种量子点修饰纳米二氧化钛乳液的制备方法，其包括如下步骤：

（1）室温下，按体积比1~7∶10将四氯化钛缓慢滴至去离子水中并充分混合，得到透明的二氧化钛前驱体溶液；向所述二氧化钛前驱体溶液中分别加入量子点阳离子前驱体和量子点阴离子前驱体并搅拌至全部溶解，然后使用质量浓度为10~40%的氨水调节溶液的pH值至7~9，产生沉淀物，抽滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，得到量子点修饰纳米二氧化钛滤饼；

所述量子点阳离子前驱体用量、所述量子点阴离子前驱体用量与所述四氯化钛用量按照摩尔比计为1︰1︰2~1000；

所述量子点阳离子前驱体为硝酸镉、硝酸铅、硫酸镁、硝酸钙、硝酸钡、硝酸锌或氯化锶中的任意一种或任意两种及两种以上；所述量子点阴离子前驱体为硫化钠、硒化钠或碲化钠中的任意一种或任意两种及两种以上；

（2）在所得量子点修饰纳米二氧化钛滤饼中加入羧酸和乳化剂，然后加入去离子水打浆；打浆后室温下搅拌10~80h，得到透明络合物溶液；然后将所得透明络合物溶液于60~100℃条件下加热、搅拌回流1~30h，得到量子点修饰的纳米二氧化钛乳液；