專利名稱：SiO₂納米棒/CdS的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無機納米復合材料與功能材料技術領域,尤其是SiO2納米棒/CdS復合材料制備方法。
背景技術：
利用半導體光催化分解水制氫是太陽能光化學存儲的理想途徑之一。在眾多光催化劑中，TiO2> SrTiO3等氧化物半導體性能穩(wěn)定、價廉無毒，研究較為深入，但這些半導體材料帶隙較寬，僅吸收紫外光，太陽能利用率低。硫化物半導體也一直受到廣泛的關注，在眾多硫化物中，CdS禁帶寬度小(Eg=2.4eV)，對可見光有很好的響應，若將硫化物半導體負載于高比表面積載體上，利用載體與活性組分之間的強相互作用，可以減少納米粒子的團聚，增加有效的反應活性位。另外，還可以通過調變負載活性組分的組成和結構，來靈活控制復合材料的光、電和催化等性能。由于在光催化反應中，CdS的陽極分解電勢僅是0.32V，很容易發(fā)生光腐蝕現(xiàn)象，降低了光催化效率，限制了其實際應用。SiO2具有良好的分散性和耐腐蝕性，通過復合SiO2可降低CdS在光催化反應中發(fā)生光腐蝕，從而提高CdS的光催化效率。目前，有關Si02/CdS復合納米材料的制備的報道層出不窮，如美國《材料化學》(Chemistry of Materials, 2002 年,第 14 卷,第 2900-2904 頁)報道了一種新型的單一的前驅體CdtS2CNRR ' ]2制備Si0 2/CdS復合納米材料；申請?zhí)枮?00610049090的專利《一種二氧化娃介孔材料-硫化鎘復合納米材料的制備方法》；《廣西大學學報》(Journal ofGuangxi University (Nat Sci Ed) 2007 年，第 32 卷，第 2 期，第 147-149 頁)報道了一種“核殼結構CdS/Si02納米顆粒的制備”；申請?zhí)枮?01210256129.X的專利發(fā)明了《一種制備介孔Si02/CdS復合納米球的方法》。但未見SiO2納米棒/CdS制備方法的報道。凹凸棒石黏土是一種天然納米材料，具有特殊纖維狀晶體結構形態(tài)的含水鏈層狀鎂鋁硅酸鹽礦物，有較大的比表面積和豐富的納米孔道。經(jīng)過酸化處理后，所得的SiO2卻保留著凹凸棒石黏土的棒狀晶體結構，適合用作載體。其報道見申請?zhí)枮?2148523.2的專利《以凹凸棒石粘土生產(chǎn)納米棒狀活性二氧化硅的方法》。因此，本專利采用水熱法成功將CdS納米顆粒負載于SiO2納米棒。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及以凹凸棒石黏土、鎘鹽、Na2S為主要原料，鹽酸(36-38%)為溶劑，采用水熱法制備無機納米復合材料SiO2納米棒/CdS的方法，有如下工藝步驟:采用酸處理方法，將凹凸棒石改性為活性SiO2納米棒，然后以活性SiO2納米棒為載體，以鎘鹽為鎘源、Na2S為硫源，以EDTA等為模板劑，利用水熱法制備SiO2納米棒/CdS復合材料。所述的SiO2納米棒/CdS復合材料制備方法，其中的活性SiO2納米棒制備原料為凹凸棒石黏土；
所述的方法，其中酸處理過程所用的鹽酸溶液體積為200mL，濃度為Vaig:V#=1:1，油浴溫度為120°C，回流時間為4h ；所述的方法，鎘源為醋酸鎘、氯化鎘、硝酸鎘、硫酸鎘中的任一種，硫源為Na2S，其摩爾比 ncd:ns=l:1 1: 1.5 ;所述的制備方法中，模板劑為EDTA，PVP, P123，CTAB, F127中的任一種；所述的制備方法中，活性SiO2納米棒、反應生成的CdS、模板劑的質量比為1:1:1 1:3:2，水熱溫度為100-150°c，水熱時間為2_4h。本發(fā)明制備的SiO2納米棒/CdS復合納米材料可廣泛應用于環(huán)境污染治理、光催化功能材料制備等領域。


圖1為凹凸棒石黏土酸化處理后的XRD譜圖。圖2為SiO2納米棒/CdS復合納米材料的XRD譜圖。圖3為SiO2納米棒/CdS復合納米材料的TEM照片。
具體實施例方式實施例1:取4.0OOOg凹凸棒石黏土，溶于200mL鹽酸溶液中，加熱回流4h，加熱溫度為120°C。隨后真空蒸發(fā)干燥得活性Si02。接著取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯內襯內，并依次加入模板劑EDTA、CdCl2、Na2S，質量分別為1.2000g、l.3960g、0.6536g，在120°C水熱2h。最后洗滌，干燥，得復合材料。對所得樣品進行X射線粉末衍射實驗，并在透射電鏡下觀察其形貌和結構。 按照實施例1的工藝參數(shù)制得的SiO2納米棒的XRD圖譜如圖1所示。在制備的SiO2圖譜中存在明顯的SiO2的特征衍射峰，說明凹凸棒石黏土經(jīng)酸化處理制得了 SiO2納米棒。SiO2納米棒/CdS樣品的XRD、TEM如圖2、3所示。從圖中可以看出，復合材料中有CdS、SiO2存在，且CdS顆粒負載在SiO2納米棒表面，顆粒直徑約10-20nm。實施例2:改變凹凸棒石黏土為4.000(^，溶于2001^鹽酸溶液中，加熱回流411，力口熱溫度為120°c。隨后真空蒸發(fā)干燥得活性Si02。接著取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯內襯內，并依次加入模板劑PVP、CdCl2' Na2S，質量分別為1.0OOOgU.2690g、0.5401g，在100°C水熱2h。最后洗滌，干燥，得復合材料。后續(xù)檢測如實施例1。實施例3:取4.0OOOg凹凸棒石黏土，溶于200mL鹽酸溶液中，加熱回流4h，加熱溫度為120°C。隨后真空蒸發(fā)干燥得活性Si02。接著取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯內襯內，并依次加入模板劑P123、CdCl2、Na2S，質量分別為L 5000g,2.5380g、L 2964g，在130°C水熱3h。最后洗滌，干燥，得復合材料。后續(xù)檢測如實施例1。實施例4:改變凹凸棒石黏土為4.0OOOg,溶于200mL鹽酸溶液中，加熱回流4h，加熱溫度為120°c。隨后真空蒸發(fā)干燥得活性Si02。接著取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯內襯內，并依次加入模板劑CTAB、CdCl2、Na2S，質量分別為2.0000g、3.8070g、2.1066g，在140°C水熱4h。最后洗滌，干燥，得復合材料。后續(xù)檢測如實施例1。實施例5:改變凹凸棒石黏土為4.000(^，溶于2001^鹽酸溶液中，加熱回流411，力口熱溫度為120°c。隨后真空蒸發(fā)干燥得活性Si02。接著取1.0000g SiO2研磨移入聚四氟乙烯內襯內，并依次加入模板劑F127、CdCl2、Na2S,質量分別為2.0000g、2.5380g、1.6204g,在150°C水熱4h。最后洗滌，干燥，得復合材料。后續(xù)檢測如實施例1。
權利要求
1.SiO2納米棒/CdS復合材料制備方法，其特征在于步驟為:采用酸處理方法，將凹凸棒石改性為活性SiO2納米棒，然后以活性SiO2納米棒為載體，以鎘鹽為鎘源、Na2S為硫源，和模板劑一起，利用水熱法制備SiO2納米棒/CdS復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的活性SiO2納米棒制備原料為凹凸棒石黏土。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，酸處理過程所用的鹽酸溶液體積為200mL，濃度為V鹽酸:V水=1: 1，油浴溫度為120°C，回流時間為4h。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述鎘源為醋酸鎘、氯化鎘、硝酸鎘、硫酸鎘中的任一種，硫源為Na2S，其摩爾比ncd:ns=l:1 1:1.5。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述模板劑為EDTA，PVP,P123，CTAB, F127中任一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的活性SiO2納米棒、反應生成的CdS、模板劑的質量 比為1:1:1 1:3:2，水熱溫度為100-150°c，水熱時間為2_4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備SiO2納米棒/CdS復合材料的方法，特征是采用了凹凸棒石黏土經(jīng)酸化處理后得到的活性SiO2納米棒為載體，鎘鹽為鎘源，Na2S為硫源，以EDTA等為模板劑在水熱條件下反應，即得SiO2納米棒/CdS復合材料。本發(fā)明制備的SiO2納米棒/CdS復合納米材料可廣泛應用于環(huán)境污染治理、光催化功能材料制備等領域。
文檔編號B82Y40/00GK103241766SQ20131016406
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權日2013年5月7日
發(fā)明者李霞章, 胡宗林, 孟英芹, 陸曉旺, 趙曉兵, 姚超, 陳志剛 申請人:常州大學