本發(fā)明涉及一種復合納米棒的制備方法，特別是，涉及一種二氧化鈦-氧化鋅納米棒的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題日趨嚴重，治理環(huán)境污染迫在眉睫。近年來，納米材料以其獨特的性能在環(huán)境污染的治理中成效顯著，尤其在空氣凈化和污水處理方面存在著重大的應(yīng)用價值。

二氧化鈦納米顆粒作為一種N型半導體材料，具有優(yōu)良的光催化性能、化學性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉、安全無毒、無二次污染等特點，在污水處理、降解農(nóng)藥、降解空氣中的有害有機物、加速城市生活垃圾的降解等很多方面具有廣闊的發(fā)展空間和良好的應(yīng)用前景。納米氧化鋅作為一種重要的寬禁帶直接帶隙半導體材料，呈現(xiàn)出很多良好的性能，如：具有優(yōu)越的光催化性能、無毒，無污染、納米棒不易團聚、具有高的有效表面積等。二氧化鈦納米顆粒與氧化鋅納米棒都是光催化、光伏電池領(lǐng)域最具潛力的好材料，從理論來說，因為二者的禁帶寬度、導帶和價帶非常相近，所以將二者復合后能夠延長光生電子從氧化鋅導帶傳輸?shù)蕉趸亴У膫鬏敃r間，從而提高光生電子和空穴復合的幾率，最終實現(xiàn)提高光催化性能的目的。如何實現(xiàn)二者的有效復合是本領(lǐng)域一個亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以有效制備二氧化鈦-氧化鋅納米棒的制備方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種二氧化鈦-氧化鋅納米棒的制備方法，包括以下步驟：

S101.配制二氧化鈦和水的混合溶液：將二氧化鈦分散于水中，制得二氧化鈦和水的混合溶液；

S102.配制二氧化鈦和鋅離子混合溶液：向二氧化鈦和水的混合溶液中添加鋅離子并攪拌均勻，制得二氧化鈦和鋅離子混合溶液，其中，二氧化鈦和鋅離子的摩爾比為5～20:1；

S103.配制反應(yīng)混合液：向二氧化鈦和鋅離子混合溶液中逐滴加入堿溶液并攪拌均勻，獲得反應(yīng)混合液，氫氧根的物質(zhì)的量為鋅離子物質(zhì)的量的2倍以上；

S104.水熱反應(yīng)：將反應(yīng)混合液置于含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，170～190℃下反應(yīng)22～26h；

S105.離心、清洗后干燥：反應(yīng)結(jié)束后離心分離，離心分離獲得的固體物質(zhì)依次用去離子水、無水乙醇進行離心清洗2～3次后，在70～90℃的真空干燥箱中烘干，即得所述二氧化鈦-氧化鋅納米棒材料。

進一步的，所述步驟S101.配制二氧化鈦和水的混合溶液中，采用磁力攪拌器將二氧化鈦分散于水中。

進一步的，所述步驟S101.配制二氧化鈦和水的混合溶液中，所述二氧化鈦為納米顆粒，平均粒徑為15～25nm。

進一步的，所述步驟S101.配制二氧化鈦和水的混合溶液中，所述二氧化鈦由以下方法制得：

將鈦酸四丁酯逐滴加入到聚乙二醇中，攪拌1h后，置于含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，180℃下反應(yīng)12h，離心、清洗并干燥后即得。

進一步的，所述步驟S102.配制二氧化鈦和鋅離子混合溶液中，所述鋅離子由二水乙酸鋅、七水合硫酸鋅、六水合硝酸鋅中任一種或幾種提供。

進一步的，所述步驟S102.配制二氧化鈦和鋅離子混合溶液中，二氧化鈦和鋅離子的摩爾比為9～11:1。

進一步的，所述步驟S103.配制反應(yīng)混合液中，所述堿溶液為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中任一種或幾種。

進一步的，所述步驟S105.離心、清洗后干燥中，離心分離時轉(zhuǎn)速為7500～8500rmp。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種二氧化鈦-氧化鋅納米棒的制備方法，制備獲得的二氧化鈦-氧化鋅納米棒兼具二氧化鈦納米顆粒和納米氧化鋅的優(yōu)點，具有更好的光催化性能，在環(huán)保領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景；且本方法制備工藝簡單，制備成本低，全流程環(huán)保無毒害，適于大規(guī)模推廣生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中二氧化鈦-氧化鋅納米棒的制備方法流程圖；

圖2為實施例1中二氧化鈦納米顆粒(a)、氧化鋅納米棒(b)、實施例2中二氧化鈦-氧化鋅納米棒(c)、實施例3中二氧化鈦-氧化鋅納米棒(d)、實施例4中二氧化鈦-氧化鋅納米棒的SEM圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明中二氧化鈦-氧化鋅納米棒的制備方法，包括以下步驟：

S101.配制二氧化鈦和水的混合溶液：將二氧化鈦分散于水中，制得二氧化鈦和水的混合溶液；

S102.配制二氧化鈦和鋅離子混合溶液：向二氧化鈦和水的混合溶液中添加鋅離子并攪拌均勻，制得二氧化鈦和鋅離子混合溶液，其中，二氧化鈦和鋅離子的摩爾比為5～20:1；

S103.配制反應(yīng)混合液：向二氧化鈦和鋅離子混合溶液中逐滴加入堿溶液并攪拌均勻，獲得反應(yīng)混合液，氫氧根的物質(zhì)的量為鋅離子物質(zhì)的量的2倍以上；

S104.水熱反應(yīng)：將反應(yīng)混合液置于含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，170～190℃下反應(yīng)22～26h；

S105.離心、清洗后干燥：反應(yīng)結(jié)束后離心分離，離心分離獲得的固體物質(zhì)依次用去離子水、無水乙醇進行離心清洗2～3次后，在70～90℃的真空干燥箱中烘干，即得所述二氧化鈦-氧化鋅納米棒材料。

進一步的，本發(fā)明中，所述步驟S101.配制二氧化鈦和水的混合溶液中，采用磁力攪拌器將二氧化鈦分散于水中。所述二氧化鈦由以下方法制得：將鈦酸四丁酯逐滴加入到聚乙二醇中，攪拌1h后，置于含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，180℃下反應(yīng)12h，離心、清洗并干燥后即得。所述二氧化鈦為納米顆粒，平均粒徑為15～25nm。

所述步驟S102.配制二氧化鈦和鋅離子混合溶液中，所述鋅離子由二水乙酸鋅、七水合硫酸鋅、六水合硝酸鋅中任一種或幾種提供。二氧化鈦和鋅離子的摩爾比為9～11:1。

所述步驟S103.配制反應(yīng)混合液中，所述堿溶液為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中任一種或幾種。

所述步驟S105.離心、清洗后干燥中，離心分離時轉(zhuǎn)速為7500～8500rmp。

實施例1

制備二氧化鈦納米顆粒：

在磁力攪拌器的作用下，將3ml鈦酸四丁酯逐滴加入到含有30ml聚乙二醇400的燒杯中，攪拌1h后(溶液變成白色的渾濁液)，將混合液轉(zhuǎn)移到50ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在180℃環(huán)境下反應(yīng)12h；將反應(yīng)物在8000rmp下離心分離，用去離子水、無水乙醇對固體物質(zhì)進行離心清洗3次，并在80℃干燥箱里烘干，最后得到白色粉末即為二氧化鈦納米顆粒。

實施例2

制備二氧化鈦-氧化鋅納米棒：

將0.2g實施例1中獲得的二氧化鈦倒入盛有30ml水的燒杯中，用磁力攪拌器攪拌至完全溶解，制得二氧化鈦和水的混合溶液；稱取4g六水合硝酸鋅倒入燒杯中，繼續(xù)攪拌1h至混合均勻，獲得二氧化鈦和鋅離子混合溶液(溶液為乳白色)；向二氧化鈦和鋅離子混合溶液逐滴加入4ml氨水，攪拌1h至混合均勻后，獲得反應(yīng)混合液；將反應(yīng)混合液轉(zhuǎn)移到50ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在190℃的環(huán)境下反應(yīng)22h；將反應(yīng)物在8500rmp下離心分離，用去離子水、無水乙醇對固體物質(zhì)進行離心清洗3次，并在90℃的真空干燥箱中烘干，最后得到白色粉末即為二氧化鈦-氧化鋅納米棒材料。

在相同的條件下，將實施例1獲得的二氧化鈦納米顆粒、氧化鋅納米棒以及本實施例制備獲得的二氧化鈦-氧化鋅納米棒分別用于甲基橙溶液的光催化反應(yīng)，二氧化鈦納米顆粒、氧化鋅納米棒催化的甲基橙溶液降解率在60％以內(nèi)，而采用二氧化鈦-氧化鋅納米棒的甲基橙溶液降解率達到90％以上。

實施例3

制備二氧化鈦-氧化鋅納米棒：

將0.1g實施例1中獲得的二氧化鈦倒入盛有30ml水的燒杯中，用磁力攪拌器攪拌至完全溶解，制得二氧化鈦和水的混合溶液；稱取1.1g二水乙酸鋅倒入燒杯中，繼續(xù)攪拌1h至混合均勻，獲得二氧化鈦和鋅離子混合溶液(溶液為乳白色)；向二氧化鈦和鋅離子混合溶液逐滴加入6ml氫氧化鈉溶液，攪拌1h至混合均勻后，獲得反應(yīng)混合液；將反應(yīng)混合液轉(zhuǎn)移到50ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在180℃的環(huán)境下反應(yīng)24h；將反應(yīng)物在8000rmp下離心分離，用去離子水、無水乙醇對固體物質(zhì)進行離心清洗3次，并在80℃的真空干燥箱中烘干，最后得到白色粉末即為二氧化鈦-氧化鋅納米棒材料。

在相同的條件下，將實施例1獲得的二氧化鈦納米顆粒、氧化鋅納米棒以及本實施例制備獲得的二氧化鈦-氧化鋅納米棒分別用于甲基橙溶液的光催化反應(yīng)，二氧化鈦納米顆粒、氧化鋅納米棒催化的甲基橙溶液降解率在60％以內(nèi)，而采用二氧化鈦-氧化鋅納米棒的甲基橙溶液降解率達到92％以上。

實施例4

制備二氧化鈦-氧化鋅納米棒：

將0.05g實施例1中獲得的二氧化鈦倒入盛有30ml水的燒杯中，用磁力攪拌器攪拌至完全溶解，制得二氧化鈦和水的混合溶液；稱取3.9g七水合硫酸鋅倒入燒杯中，繼續(xù)攪拌1h至混合均勻，獲得二氧化鈦和鋅離子混合溶液(溶液為乳白色)；向二氧化鈦和鋅離子混合溶液逐滴加入3ml氨水，攪拌1h至混合均勻后，獲得反應(yīng)混合液；將反應(yīng)混合液轉(zhuǎn)移到50ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在170℃的環(huán)境下反應(yīng)26h；將反應(yīng)物在7500rmp下離心分離，用去離子水、無水乙醇對固體物質(zhì)進行離心清洗3次，并在70℃的真空干燥箱中烘干，最后得到白色粉末即為二氧化鈦-氧化鋅納米棒材料。

在相同的條件下，將實施例1獲得的二氧化鈦納米顆粒、氧化鋅納米棒以及本實施例制備獲得的二氧化鈦-氧化鋅納米棒分別用于甲基橙溶液的光催化反應(yīng)，二氧化鈦納米顆粒、氧化鋅納米棒催化的甲基橙溶液降解率在60％以內(nèi)，而采用二氧化鈦-氧化鋅納米棒的甲基橙溶液降解率達到95％以上。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。