[发明专利]一种铜-氧化钛复合光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铜‑氧化钛复合光催化剂，光催化剂通过在TiO₂纳米片表面沉积单质铜，形成Cu‑TiO₂肖特基结；所述单质铜沉积量与氧化钛的质量比为0.1：1；铜‑氧化钛复合光催化剂整体呈片状，片状边长为0.5‑2微米，厚度为30‑100纳米。本发明通过简单的原位还原法将单质铜沉积于{001}晶面为主要暴露面的TiO₂纳米片，得到了性能优越的Cu‑TiO₂肖特基结。与TiO₂光催化剂比较，我们合成的Cu‑TiO₂肖特基结大大提高了光催化活性，制备方法简单、成本低廉，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种铜-氧化钛复合光催化剂及其简易制备方法、以及光催化活性。

背景技术

进入21世纪，人类面临着能源和环境两个非常严峻的问题，特别是有毒且难降解有机污染物(如多环芳烃、多氯联苯、农药、染料等)引起的环境问题，已成为影响人类生存与健康的重大问题。利用半导体氧化物材料在太阳光照射下表面能受激活化的特性，可有效地氧化分解有机污染物。与传统的净化环境处理方法相比，半导体光催化技术拥有反应条件温和、无二次污染、操作简单和降解效果显著等优势。自光催化技术开发以来，研究和应用最多的光催化剂是TiO₂。但其产生的光生电子空穴对很容易复合，导致电子和空穴不能及时迁移至表面参与氧化还原反应，从而光转化效率较低。因此，制备高活性的光催化剂，至关重要。由于铜是一种无毒的廉价金属，近年来在光催化剂的制备上，日益取代含铅、锑、镉、汞等有毒元素的化合物，如CuO，Cu₂O等。近年来，TiO₂纳米片由于其独特的片状形貌，引起了广泛的关注。但是其电子空穴对的分离效率仍然不高，因此，与能促进电子定向流动的金属材料复合，是一种非常有效的提高电子空穴对分离效率的手段。在已有的报道中，胡俊华等人报道了一种单质铜外延生长在TiO₂的{101}晶面上的制备方法（申请公布号：CN104722300 A）；王艳芬等报道了一种Cu₂O/TiO₂复合光催化材料（申请公布号：CN 106466604A）。但制备方法都较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种制备方法简单，且提高了光催化活性的结构材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种铜-氧化钛复合光催化剂，光催化剂通过在TiO₂纳米片表面沉积单质铜，形成Cu-TiO₂肖特基结；所述单质铜的沉积量与氧化钛的质量比为0.1：1。

所述铜-氧化钛复合光催化剂整体呈片状，片状边长为0.5-2微米，厚度为30-100纳米。

本发明还提供了上述铜-氧化钛复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：

1）将0.5g的40wt%氢氟酸加入30g冰醋酸，搅拌30分钟；再加入1.71g的钛酸四丁酯，搅拌0.5小时；然后，转移到聚四氟乙烯内衬高压釜中，180℃恒温水热反应24小时；离心、洗涤、干燥，600℃煅烧2小时，得到{001}晶面为主要暴露面的片状TiO₂;

2）将0.16mmol的五水合硫酸铜和步骤（1）中制备得到的片状二氧化钛，加入到30mL乙二醇中，搅拌10分钟；

3）再加入0.32mmol的抗坏血酸到步骤（2）的混合物中，搅拌30分钟；

4）将步骤（3）中制得的混合物加入到聚四氟乙烯内衬高压釜中，80℃恒温水热反应2.5小时，离心、洗涤、干燥，得到Cu-TiO₂

本发明还提供了上述铜-氧化钛复合光催化剂在有机污染物光催化降解方面的应用。