[发明专利]一种CdS修饰TiO2纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明为一种CdS修饰TiO₂纳米管复合材料的制备方法。该方法首先将NaOH和商业TiO₂反应制备出前驱体，通过离子交换和沉淀反应将前驱体纳米管进行转化，同时生成CdS和TiO₂，使CdS颗粒负载在TiO₂纳米管上。本发明将CdS负载在TiO₂纳米管上，能够有效拓宽TiO₂纳米管的可见光吸收范围至可见光区535nm左右，增加其作为光催化剂的应用领域。该制备方法工艺简单，设备要求单一，反应所需能量消耗小。

技术领域

本发明属于催化领域，具体涉及一种CdS修饰TiO₂纳米管复合材料的制备方法及其在光催化领域中的应用。

背景技术

一维TiO₂纳米材料具有较少的晶界，且具有大的长径比，电荷可快速转移，较大的比表面积，对于光的吸收和散射性能都有明显增强，这些优点使得其在光催化、传感和光伏领域都有很大的应用。但是由于TiO₂的两个主要缺点：一是光生电子空穴具有较高的复合率；二是只能吸收太阳光中的紫外光区，大概只能吸收5％的太阳光，太阳光的利用率较低。因此将CdS负载在TiO₂纳米管上制成复合材料，能够实现复合材料光响应区域的扩宽，使得TiO₂光催化活性增强。

目前对于CdS修饰TiO₂纳米管复合材料的制备有不少的研究，例如彭练矛研究组通过化学池研究法使CdS负载在TiO₂纳米管上，该方法简单，但是存在一些问题，由于沉淀反应很快，管口处又是最容易发生反应的地方，因此管口处很容易由于CdS颗粒的聚集而堵塞。同时由于液体表面张力的作用，反应液不容易进入纳米管中，而CdS颗粒更倾向于沉积在纳米管外壁，而在纳米管的内壁则很少有沉积。Cho研究组利用超声波辅助沉积CdS颗粒，CdS填充更均匀，颗粒分布密度更大，但是超声容易造成纳米管的断裂。Misra通过电化学沉积得到CdS颗粒修饰的TiO₂纳米管，该方法合成所需电消耗大，且制备过程设备要求高，制备条件苛刻。本发明采用水热合成法制备前驱体，接下来采用离子交换和沉淀反应制备出CdS修饰的TiO₂纳米管复合材料。得到的产物结晶良好，所需设备单一，工艺流程简单，反应条件易于控制且低能耗、低污染，适合进行工业化生产。生成的CdS修饰TiO₂纳米管复合材料，CdS颗粒均匀的负载在纳米管上，避免了CdS颗粒的聚集而造成的管堵塞。TiO₂纳米颗粒与CdS纳米颗粒的窄带隙半导体耦合，可以将其光学响应范围从紫外光扩展到可见光，改善其可见光活性，同时TiO₂纳米管与CdS界面产生的异质结构有利于提高光生电子-空穴对的分离效率。

发明内容

本发明的目的在于针对当前技术中存在的不足，提供一种CdS修饰TiO₂纳米管复合材料的制备方法。本发明首先将NaOH和商业TiO₂反应制备出前驱体，通过离子交换和沉淀反应将前驱体纳米管进行转化，同时生成CdS和TiO₂，使CdS颗粒负载在TiO₂纳米管上。该方法将CdS负载在TiO₂纳米管上，能够有效拓宽TiO₂纳米管的可见光吸收范围至可见光区535nm左右，增加其作为光催化剂的应用领域。并且制备工艺简单，设备要求单一，反应所需能量消耗小。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种CdS修饰TiO₂纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)前驱体的制备：将TiO₂粉末加入到浓NaOH溶液中，超声分散10～30min，之后转移至水热反应釜中，在100～180℃下保温6～12h；产品用去离子水洗至中性，然后离心分离，烘干，制备出前驱体纳米管；