本發(fā)明屬于光催化劑，具體涉及一種cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、甲基橙污染物常見(jiàn)于染料制造等行業(yè)，由于不當(dāng)?shù)膹U水排放，通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入水體和土壤等時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的殘留，對(duì)人類的生存帶來(lái)了困擾，并對(duì)環(huán)境造成了一定的污染。甲基橙是含有偶氮雙鍵的芳香化合物，復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其具備高穩(wěn)定性，難以通過(guò)自然過(guò)程降解，并且殘留的甲基橙容易在水體中累積造成環(huán)境污染問(wèn)題，造成嚴(yán)重的視覺(jué)污染和生物毒性。常用的處理甲基橙污染物的方法包括物理法、生物法、化學(xué)法等，這些方法各有優(yōu)勢(shì)和局限性，相比以上方法光催化法作為一種環(huán)境友好的綠色技術(shù)，在廢水治理中成為了研究的熱點(diǎn)。

2、自上世紀(jì)七十年代fujishima和honda報(bào)道采用tio2與鉑電極組成光電化學(xué)體系使水分解為氫和氧以來(lái)，tio2的光催化活性引起廣泛關(guān)注。tio2作為一種n型半導(dǎo)體材料因具有折射率高、帶隙較寬、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗光腐蝕性強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在光催化環(huán)境凈化和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化等方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。其中銳鈦礦相tio2具有寬的能帶隙，能降解空氣和水中的各種污染物并顯示出較高的光催化活性。為進(jìn)一步改進(jìn)其光催化活性，通常設(shè)計(jì)復(fù)合結(jié)構(gòu)以提高電荷分離效率、通過(guò)摻雜和表面修飾改善光吸收。由于cugas2材料綠色無(wú)毒、穩(wěn)定性高，光學(xué)帶隙為2.4ev左右，與cd族、pb族硫化物的光學(xué)帶隙相近，是cd族、pb族硫化物量子點(diǎn)理想的替代材料，特別是在環(huán)境和健康安全方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。但目前現(xiàn)有技術(shù)制備的cugas2量子點(diǎn)光催化劑對(duì)甲基橙污染物的降解能力有限，限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，以提高cugas2量子點(diǎn)對(duì)甲基橙污染物的降解能力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將銅源、鎵源、十八烯、油胺混合后，加入tio2空心球，在保護(hù)性氣體下混合均勻；加入硫前驅(qū)體溶液，升溫至180~260℃，反應(yīng)25~30min；淬冷，純化；

5、其中，所述銅源、鎵源、十八烯、油胺、硫前驅(qū)體溶液與tio2空心球的用量比為0.1mmol:0.1mmol:10ml:3ml:1ml:0.7~4.7mmol，所述硫前驅(qū)體溶液為硫粉的油胺溶液，硫粉與油胺的用量比為1mmol:1ml。

6、優(yōu)選的，所述tio2空心球的制備方法為：將四氯化鈦和丙酮加入無(wú)水乙醇中，在高壓反應(yīng)釜中220℃下水熱反應(yīng)12h，冷卻后將產(chǎn)物洗滌至中性，烘干，650℃下煅燒150min，即得。

7、優(yōu)選的，所述四氯化鈦、丙酮與無(wú)水乙醇的用量比為1ml:24ml:96ml。

8、優(yōu)選的，所述銅源為氯化亞銅，所述鎵源為氯化鎵。

9、優(yōu)選的，所述淬冷方法為采用25℃冷水浴迅速冷卻。

10、優(yōu)選的，所述純化方法為離心后用無(wú)水乙醇清洗沉淀，得所述cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑。

11、本發(fā)明還提供一種采用上述制備方法制得的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑。

12、優(yōu)選的，所述cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑為tio2空心球表面負(fù)載cugas2量子點(diǎn)形成直接z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中cugas2量子點(diǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~25%。

13、本發(fā)明還提供上述cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

14、優(yōu)選的，所述有機(jī)污染物為甲基橙。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

16、本發(fā)明通過(guò)原位生長(zhǎng)法成功在tio2空心球表面負(fù)載cugas2量子點(diǎn)，形成了具有直接z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑，極大降低了電子和空穴的復(fù)合效率。本發(fā)明制備的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑具有更高的催化活性，在紫外光照下30分鐘對(duì)甲基橙的降解率能達(dá)到95.72%，并且經(jīng)四次循環(huán)實(shí)驗(yàn)降解率仍在94%以上，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性可多次重復(fù)使用，在水污染處理方面具有較大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，其特征在于，所述tio2空心球的制備方法為：將四氯化鈦和丙酮加入無(wú)水乙醇中，在高壓反應(yīng)釜中220℃下水熱反應(yīng)12h，冷卻后將產(chǎn)物洗滌至中性，烘干，650℃下煅燒150min，即得。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，其特征在于，所述四氯化鈦、丙酮與無(wú)水乙醇的用量比為1ml:24ml:96ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅源為氯化亞銅，所述鎵源為氯化鎵。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，其特征在于，所述淬冷方法為采用25℃冷水浴迅速冷卻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，其特征在于，所述純化方法為離心后用無(wú)水乙醇清洗沉淀，得所述cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑。

7.一種cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑，其特征在于，采用權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的制備方法制得。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑，其特征在于，所述cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑為tio2空心球表面負(fù)載cugas2量子點(diǎn)形成直接z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中cugas2量子點(diǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~25%。

9.權(quán)利要求7或8所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的cugas2@tio2復(fù)合材料光催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用，其特征在于，所述有機(jī)污染物為甲基橙。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種CuGaS2@TiO2復(fù)合材料光催化劑的制備方法，包括以下步驟：將銅源、鎵源、十八烯、油胺混合后，加入TiO2空心球，在保護(hù)性氣體下混合均勻；加入硫前驅(qū)體溶液，升溫至180~260℃，反應(yīng)25~30min；淬冷，純化。本發(fā)明通過(guò)原位生長(zhǎng)法成功在TiO2空心球表面負(fù)載CuGaS2量子點(diǎn)，形成了具有直接Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的CuGaS2@TiO2復(fù)合材料光催化劑，極大降低了電子和空穴的復(fù)合效率。本發(fā)明制備的CuGaS2@TiO2復(fù)合材料光催化劑具有更高的催化活性，在紫外光照下30分鐘對(duì)甲基橙的降解率能達(dá)到95.72%，并且經(jīng)四次循環(huán)實(shí)驗(yàn)降解率仍在94%以上，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性可多次重復(fù)使用，在水污染處理方面具有較大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：姚海燕,周明昊,王延來(lái),范文亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17