專利名稱：一種TiO₂/CdS納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法，尤其是納米材料TiA/CdS空心微球的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著世界人口不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及煤、石油、天然氣等天然化石能源的加速消耗，發(fā)展新的替代能源將是人類必須面臨急需解決的科學(xué)問題。太陽光被人類視為最理想的能量來源之一。光催化過程則可以實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、電能存儲(chǔ)起來， 或者直接用于處理環(huán)境中的毒性污染物，因此其優(yōu)越性顯而易見。其中半導(dǎo)體光催化具有速度快、無選擇性、降解完全等生物降解中所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，又在能耗低、無毒、使用周期長(zhǎng)等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)氧化方法，因而倍受人們的關(guān)注，成為國(guó)內(nèi)外研究新的熱點(diǎn)。 用太陽光作為一種新的替代能，從而也緩解了能源危機(jī)。在眾多半導(dǎo)體光催化劑中，TW2因其具有氧化能力強(qiáng)、催化活性高，以及物理、生物、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)一直處于光催化研究中的核心地位。TiO2是一種寬禁帶半導(dǎo)體，銳欽礦和金紅石相的禁帶能分別是3. 0和3. 2eV0近年來，立體結(jié)構(gòu)TiA以其結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異、使用范圍廣等諸多特點(diǎn)而備受國(guó)內(nèi)外研究者青睞。具有低密度、大比表面積的納米晶粒T^2微球就是其中之一，納米晶粒結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使其具有高催化活性，而微米尺寸又使其具有易于分離和重復(fù)使用等優(yōu)良性能，深入研究其合成、改性及光催化性能，對(duì)水資源再生利用具有深遠(yuǎn)意義。硫族化合物半導(dǎo)體中，硫化鎘是一種屬II-VI族的化合物半導(dǎo)體材料， 其禁帶寬度約為2. 42eV，非常接近黃光的區(qū)域，因此可以用來制備黃色發(fā)光管和激光器等。 納米CdS因?yàn)榫哂歇?dú)特的光電性能及顯著的量子尺寸效應(yīng)，所以是一種非常具有研究潛力的，相當(dāng)重要的光電半導(dǎo)體材料，同時(shí)它制備起來很便宜、非常適合進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)的制備無機(jī)納米復(fù)合材料cds/TiA空心微球的方法。一種TiA/CdS納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下(I)SiO2微球的制備取正硅酸乙酯和無水乙醇，在常溫下攪拌混合均勻，其中正硅酸乙酯與無水乙醇的體積比為1 6 15之間，記為A液；再取去離子水、無水乙醇、氨水在常溫下攪拌混合均勻，其中去離子水、無水乙醇、 氨水的體積比為1 2 3 6 12之間，記為B液；將上述A、B兩種分別配制的溶液混合，在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)3小時(shí)，得到二氧化硅微球溶膠，最后把溶膠經(jīng)無水乙醇、去離子水超聲離心循環(huán)清洗，得S^2微球；(2)Si02/Ti02的制備以體積比為1 50量取鈦酸四丁酯、無水乙醇，在密封、常溫下攪拌混合均勻；取步驟(1)中制備的SiA微球以0. 001g/mL的濃度超聲分散在無水乙醇中，然后再往SiO2微球溶液中加入氨水且混合均勻；其中氨水與SiO2微球的無水乙醇溶液的體積比為1 50 66之間；將上述兩溶液混合，置于60°C恒溫反應(yīng)3 3. 5小時(shí)；反應(yīng)完成得Si02/Ti&微球溶膠，微球經(jīng)無水乙醇、去離子水離心超聲循環(huán)清洗， 得Sio2Aio2微球；(3) Si02/Ti02/CdS的制備將上述步驟⑵制備得到的Si02/Ti&微球以0. OOlg/ mL的濃度超聲分散在去離子水中，形成Si02/Ti&微球水溶液；加入0. lmol/L檸檬酸鈉水溶液，其中檸檬酸鈉水溶液與上述混合溶液的體積比為 1 15 ；用氨水調(diào)節(jié)溶液，使溶液的pH值為9. 5 10. 0之間；然后一次性加入0. lmol/L氯化鎘水溶液和0. lmol/L硫脲水溶液，其中的氯化鎘水溶液、硫脲水溶液的體積比為1 2;其中氯化鎘水溶液與Si02/Ti02微球水溶液的體積比為1 20 ；再用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至10. 5 11. 0之間，使混合溶液在65°C恒溫超聲下持續(xù)反應(yīng)1-2小時(shí)；反應(yīng)完成后，將所得產(chǎn)物用去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得Si02/Ti02/CdS微球；(4)Ti02/CdS空心微球的制備將步驟(3)所得Si02/TiA/CdS微球置于lmol/L的 NaOH溶液中，在80°C條件下進(jìn)行反應(yīng)3 4小時(shí)，反應(yīng)完成后經(jīng)去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得TiA/CdS空心微球。本發(fā)明所制備的無機(jī)復(fù)合納米材料TiA/CdS空心微球?yàn)殡p層殼空心結(jié)構(gòu)。上述的步驟(2)為以SiO2微球?yàn)楹?，制備SiO2AiO2核殼結(jié)構(gòu)；上述步驟(3)為以SiO2AiO2為核，制備sio2/TiA/cds核殼結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明制備過程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備。本發(fā)明采用新穎的合成思路制備無機(jī)納米復(fù)合材料Ti02/CdS空心微球，工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高，亦可大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是用本發(fā)明制得的Ti02/CdS空心微球的掃描電鏡圖片；圖2是用本發(fā)明制得的Ti02/CdS空心微球的電子能譜；圖3是用本發(fā)明制得的Ti02/CdS空心微球的高分辨透射電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1量取8ml正硅酸乙酯和90mL無水乙醇常溫下攪拌15min (記為A液)；量取20mL 去離子水、70mL無水乙醇和16mL氨水常溫下攪拌15min (記為B液)；待A、B兩種溶液混合均勻后，將A液加入B液中，在室溫下，攪拌反應(yīng)3小時(shí)既得二氧化硅微球溶膠，小球經(jīng)多次無水乙醇與去離子水超聲清洗得SiO2微球樣品。量取適量鈦酸四丁酯與IOOmL無水乙醇， 密封常溫下攪拌15min (記為C液)；取適量的SW2微球置于IOOmL無水乙醇超聲，使SiO2
4微球均勻分散于無水乙醇中(記為D液)，在D液中加入適量氨水，待混合均勻后，將C液加入D溶液中且置于60°C左右恒溫?cái)嚢杷″佒蟹磻?yīng)3小時(shí)左右。反應(yīng)完成后既得SiO2/ TiO2微球溶膠，小球經(jīng)多次無水乙醇與去離子水超聲清洗得Si02/Ti&微球樣品。將適量單分散Si02/Ti&微球超聲分散在300mL去離子水中，加入20mL的檸檬酸鈉，測(cè)溶液的pH值用氨水調(diào)節(jié)使其接近10. 00，然后一次性加入15mL的0. lmol/L的氯化鎘水溶液和30mL的 0. lmol/L的硫脲水溶液，用氨水調(diào)節(jié)使混合溶液pH值在10. 60。反應(yīng)混合液在60°C左右恒溫磁力攪拌，持續(xù)1小時(shí)左右。反應(yīng)完成后，將所得產(chǎn)物用去離子水超聲離心循環(huán)清洗，既得分散性良好的Si02/Ti02/CdS微球。將Si02/TiA/CdS微球置于裝有l(wèi)mol/L NaOH溶液的反應(yīng)釜中，在80°C下反應(yīng)。反應(yīng)完成后經(jīng)去離子水反復(fù)多次超聲離心清洗既得TiA/cds空心微球。直接在掃描電鏡下觀察如圖1，可以發(fā)現(xiàn)大量納米空心微球生成。圖2的EDS分析表明空心納米微球含有Cd、 S、Ti、0、Si元素，其中Pt為測(cè)試時(shí)為增強(qiáng)物質(zhì)的導(dǎo)電性鍍?cè)谄浔砻娴碾s質(zhì)，C為測(cè)試用的導(dǎo)電膠，與樣品成分無關(guān)。圖3的HRTEM圖譜清楚表明納米空心微球具有致密的空心結(jié)構(gòu)， 并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，表明利用該方法所制備的納米空心微球具有極好的質(zhì)量。下表為各具體成份的情況
權(quán)利要求
1. 一種TiA/cds納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下(1)SiO2微球的制備取正硅酸乙酯和無水乙醇，在常溫下攪拌混合均勻，其中正硅酸乙酯與無水乙醇的體積比為1 6 15之間；再取去離子水、無水乙醇、氨水在常溫下攪拌混合均勻，其中去離子水、無水乙醇、氨水的體積比為1 2 3 6 12之間；將上述兩種分別配制的溶液混合，在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)3小時(shí)，得到二氧化硅微球溶膠，最后把溶膠經(jīng)無水乙醇、去離子水超聲離心循環(huán)清洗，得SiO2微球；(2)Si02/Ti02的制備以體積比為1 50量取鈦酸四丁酯、無水乙醇，在密封、常溫下攪拌混合均勻；取步驟(1)中制備的S^2微球以0. 001g/mL的濃度超聲分散在無水乙醇中，然后再往 SiO2微球溶液中加入氨水且混合均勻；其中氨水與SW2微球的無水乙醇溶液的體積比為 1 50 66之間；將上述兩溶液混合，置于60°C恒溫反應(yīng)3 3. 5小時(shí)；反應(yīng)完成得Si02/Ti02微球溶膠，微球經(jīng)無水乙醇、去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得 SiO2AiO2 微球；(3)Si02/Ti02/CdS的制備將上述步驟(2)制備得到的Si02/Ti&微球以0. 001g/mL的濃度超聲分散在去離子水中，形成Si02/Ti&微球水溶液；加入0. lmol/L檸檬酸鈉水溶液，其中檸檬酸鈉水溶液與上述混合溶液的體積比為 1 15 ；用氨水調(diào)節(jié)溶液，使溶液的PH值為9. 5 10. 0之間；然后一次性加入0. lmol/L氯化鎘水溶液和0. lmol/L硫脲水溶液，其中的氯化鎘水溶液、硫脲水溶液的體積比為1 2;其中氯化鎘水溶液與5102/1102微球水溶液的體積比為 1 20 ；再用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至10. 5 11. 0之間，使混合溶液在65°C恒溫超聲下持續(xù)反應(yīng)1-2小時(shí)；反應(yīng)完成后，將所得產(chǎn)物用去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得Si02/Ti&/CdS微球；(4)Ti&/CdS空心微球的制備將步驟(3)所得Si02/Ti02/CdS微球置于lmol/L的NaOH 溶液中，在80°C條件下進(jìn)行反應(yīng)3 4小時(shí)，反應(yīng)完成后經(jīng)去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得 Ti02/CdS空心微球。
全文摘要
本發(fā)明涉及無機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法，具體是指一種納米材料TiO2/CdS空心微球的制備方法。本發(fā)明采用先制備SiO2微球樣品再制備分散性良好的SiO2/TiO2微球，再將SiO2/TiO2微球均勻分散于無水乙醇中，經(jīng)過反應(yīng)制備SiO2/TiO2/CdS微球溶膠，最后將SiO2/TiO2/CdS微球溶膠置于裝有NaOH溶液的反應(yīng)釜中反應(yīng)，可得TiO2/CdS空心微球。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備，工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高，亦可大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明在半導(dǎo)體光催化行業(yè)具有廣泛用途。
文檔編號(hào)B01J13/02GK102205223SQ20111010097
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者唐為華, 孟海麗, 崔燦, 沈洪磊, 王順利 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)