一种量子点/TiO2复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于tio2复合材料技术领域，具体涉及一种量子点/tio2复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

量子点由于量子尺寸效应和量子限域效应等一些独特的性质，在光催化，太阳能电池及生物医学等领域具有广泛的应用前景。由于量子点基复合材料比单一的金属氧化物能够表现出更出色的性能，当前有关量子点与金属氧化物的复合材料已有一些报道，但这些报道大都基于化学法合成，如水热合成法，溶剂热合成等，这些方法大都需要用到高温高压，以及表面活性剂等。然而有关物理法合成的量子点与金属氧化物复合材料并形成有效的异质结构的报道几乎没有。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种制备过程简单易控、操作方便、耗时短、成本低的量子点/tio2复合材料的制备方法，所制备出的量子点/tio2复合材料相比纯的tio2，其光催化性能得到了明显的提高。

本发明的另一目的是提供上述制备方法制备的量子点/tio2复合材料作为光催化材料的应用。

一种量子点/tio2复合材料的制备方法，其工艺为：将tio2放入研钵中，再加入量子点材料研磨后，放入烘箱中干燥，得到的量子点/tio2复合材料。

所述量子点材料为c量子点或tio2量子点。

所述c量子点与tio2的质量分数比为0.2-0.8wt%。

所述tio2量子点与tio2的质量分数比为1-4wt%。

上述量子点/tio2复合材料的制备方法，具体方法如下：称取tio2放入玛瑙钵中，再加入量子点材料后研磨2-10mim后，放入烘箱中50-100℃干燥0.5-2h即得到量子点/tio2复合材料。

上述制备制备方法制备的量子点/tio2复合材料可作为光催化材料的应用。

本发明方法利用量子点的表面效应，由于量子点表面带有很多官能团，这些官能团与材料之间的强的化学作用或范德华力相互作用特别有利于量子点吸附到材料表面，即由于量子点表面原子的配位不足、不饱和键和悬键丰富，使这些表面原子具有高的活性、极不稳定，很容易与其他原子结合，通过物理研磨法简单快速高效的制备出了碳量子点/tio2复合材料和tio2量子点/tio2复合材料，并且这种复合材料表现出比纯的tio2更优异的性能。本发明制备过程简单易控，操作方便，耗时短，成本低，选用c量子点和tio2量子点来与二维纳米材料tio2复合，因为c量子点和tio2量子点稳定性好，无毒，价格低廉，而且复合后材料的性能也得到了极大的提高，可作为光催化材料。。

附图说明

图1为本发明实施例4的纯的tio2的透射电镜图；

图2为本发明实施例4的tio2量子点/tio2复合材料的低倍透射电镜图；

图3为本发明实施例4的tio2量子点/tio2复合材料的高倍透射电镜图；

图4为本发明实施例4的在不同捕获剂条件下的纯的tio2和tio2量子点/tio2复合材料的光催化活性；

图5为本发明实施例7的纯的tio2的透射电镜图；

图6为本发明实施例7的c量子点/tio2复合材料的低倍透射电镜图tem图；

图7为本发明实施例7的c量子点/tio2复合材料的高倍透射电镜图tem图；

图8为本发明实施例7的c量子点/tio2复合材料的xps图：（a）c量子点/tio2和纯的tio2的xps全谱图；（b）c1s；（c）ti2p；（d）o1s；

图9为本发明实施例7复合材料c量子点/tio2的光催化活性图。

具体实施方式

实施例1

一种量子点tio2/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入0.1ml量子点二氧化钛溶液（10mg/ml）研磨2min后，放入烘箱中100℃干燥0.5h即得到质量分数比为1wt%的量子点tio2/tio2复合材料，命名为t-1。

实施例2

一种量子点tio2/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入0.2ml量子点二氧化钛溶液（10mg/ml）研磨4min后，放入烘箱中90℃干燥1h即得到质量分数比为2wt%的量子点tio2/tio2复合材料，命名为t-2。

实施例3

一种量子点tio2/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入0.3ml量子点二氧化钛溶液（10mg/ml）研磨8min后，放入烘箱中70℃干燥0.8h即得到质量分数比为3wt%的量子点tio2/tio2复合材料，命名为t-3。

实施例4

一种量子点tio2/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入0.4ml量子点二氧化钛溶液（10mg/ml）研磨2min后，放入烘箱中100℃干燥2h即得到质量分数比为4wt%的量子点tio2/tio2复合材料，命名为t-4，纯的二氧化钛命名为t-0。

上述制备制备方法制备的tio2量子点/tio2复合材料可作为光催化材料的应用。

图1为纯的tio2的透射电镜图，从图中可看到纯的tio2表面是光滑的，图2和图3分别为tio2量子点/tio2复合材料的低倍和高倍透射电镜图。图2中黄色箭头所指为复合在二氧化钛上的量子点二氧化钛，在制备透射样品前，对样品进行超声1h，量子点依然均匀的分布在二氧化钛上，这也说明量子点二氧化钛与二氧化钛之间的复合非常牢固。

图4a为tio2量子点/tio2复合材料和纯的二氧化钛材料降解罗丹明b的活性实验图。从图中可以发现，对于10mg/l的罗丹明b，纯的二氧化钛在1h内仅降解了55%，而复合2wt%的量子点二氧化钛后性能得到了极大的提高，仅需半个小时就可以将罗丹明b完全降解了。从图4b和4c也可以看到纯的二氧化钛和tio2量子点/tio2复合材料在不同的捕获剂中的降解率，对于纯的二氧化钛，空穴起着决定性作用，如果将空穴全部捕获，整个光催化反应将不会进行，而对于tio2量子点/tio2复合材料空穴和氧负离子都起着一定作用。这也说明量子点tio2的复合改变了纯的二氧化钛的光催化机制，提高了电子空穴的利用，从而提高了光催化性能。

实施例5

一种c量子点/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入20µl的碳量子点溶液（10mg/ml）研磨4min后，放入烘箱中50℃干燥2h即得到质量分数比为0.2wt%的c量子点/tio2复合材料，命名为t-1。

实施例6

一种c量子点/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入40µl的碳量子点溶液（10mg/ml）研磨2min后，放入烘箱中60℃干燥0.5h即得到质量分数比为0.4wt%的c量子点/tio2复合材料，命名为t-2。

实施例7

一种c量子点/tio2复合材料的制备方法，具体步骤如下：称取100mg的tio2放入玛瑙钵中，加入80µl的碳量子点溶液（10mg/ml）研磨6min后，放入烘箱中100℃干燥1h即得到质量分数比为0.8wt%的c量子点/tio2复合材料，命名为t-4，纯的二氧化钛命名为t-0。

上述制备制备方法制备的碳量子点/tio2复合材料可作为光催化材料的应用。

图5为纯的tio2的透射电镜图，从图中可看到纯的tio2表面是光滑的，图6和图7分别为c量子点/tio2复合材料的低倍和高倍透射电镜图。图6中黄色箭头所指为复合在二氧化钛上的c量子点，在制备透射样品前，对样品进行超声1h，量子点依然均匀的分布在二氧化钛上，这也说明c量子点与二氧化钛之间的复合非常牢固。

图8a为纯的tio2和c量子点/tio2复合材料的xps全谱图，从图中可以清晰的辨别出c、ti和o元素（纯二氧化钛中的c可能来源于制备过程中的有机前驱体）。从图8b、8c和8d中c1s、ti2p和o1s的精细谱中可看出c量子点/tio2复合材料的峰位相比于纯的tio2稍微发生了偏移，这表明部分的电子从碳量子点表面的功能团向二氧化钛中的ti中心转移了。从透射和xps可看出通过研磨法这个简单的物理方法可以有效的合成c量子点/tio2异质结构。

图9为纯的tio2和c量子点/tio2复合材料在300w的氙灯照射下不加滤波片时对罗丹明b的降解速率图，从图中可看出纯的tio2照射120分钟后罗丹明b还剩余40%，而c量子点/tio2复合材料表现出了较高的催化活性，其中复合0.4wt%的c量子点的性能最好，在120分钟内将罗丹明b完全降解。图9b是其相应的反应动力学拟合图，从图中也可看出复合0.4wt%的c量子点后的降解速率是纯的tio2的将近5倍。图9c是在加了滤波片后纯的tio2和c量子点/tio2复合材料的光催化降解图，从图中可看到纯的tio2在可见光条件下几乎没有任何降解，而c量子点/tio2复合材料可以吸收可见光并降解罗丹明b的，这也说明利用研磨法制备的c量子点/tio2复合材料是有效的，能够极大的提高其性能。