一种异质p-n结纳米复合材料及其制备方法和应用_2

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型半导体的修饰,使得P型半导体更加稳定,可以有效的避免光腐蚀的发生。
[0032]3、本发明利用窄禁带的P型半导体表面的少量水分子使得η型半导体的金属盐分子吸附在其上,随后水解生长,这样可以较好的克服η型半导体的金属盐的自形核和长大。
[0033]4、本发明中η型半导体的金属盐的水解反应发生在0°C,这样能降低水解反应速度,使η型半导体的负载更均匀。
[0034]5、本发明利用醇热的方法使得水解后的金属盐能够很好的晶化,而且在此过程中P型半导体纳米内核基本不发生变化。
[0035]6、本发明异质p-n结纳米复合材料在光催化降解水中有机污染物甲基橙和光催化杀灭水中大肠杆菌方面表现出了优异的性能。
【附图说明】
[0036]图1为本发明异质p-n结纳米复合材料原理示意图;图中:(a)为类型I ; (b)为类型II。
[0037]图2为T1: Cu摩尔比为5%的Cu2O-T12异质p-η结的TEM照片。
[0038]图3为合成的Cu20_5%Ti02在可见光光催化降解甲基橙的7次循环实验。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图及实施例详述本发明。
[0040]实施例1
[0041]以氧化亚铜纳米球为内核,表面修饰纳米级别的岛状二氧化钛的异质p-n结,且T1: Cu摩尔比为5%的制备过程如下:
[0042]1.将0.2g聚乙烯吡咯烷酮k30、34mg的CuCl2.2H20溶于10mL去离子水中,在磁力搅拌的作用下,将3.6mL的8g/L的氢氧化钠水溶液以每秒一滴的速度滴加到上述溶液中,搅拌5min,随后将4mL的17.6g/L抗坏血酸水溶液以三秒一滴的速度滴加到上述溶液中,搅拌5min后离心分离,此过程中,20°C下获得的氧化亚铜纳米粒子为球形,35°C为立方体,尺寸约为lOOnm。
[0043]2.将步骤I中获得氧化亚铜纳米粒子用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次,最后一次采用去离子水洗涤,将洗涤好的氧化亚铜粉末立即分散到1mL无水乙醇中,超声分散lOmin,记为溶液A。
[0044]3.将钛酸四丁酯配制成0.1M的无水乙醇溶液B ;然后,根据负载量计算出所需B溶液的体积,此例中,T1: Cu摩尔比为5%,需加入0.2mL的钛酸四丁酯,在磁力搅拌的作用和O0C的条件下,滴加到A溶液中,搅拌Ih得悬浊液。
[0045]4.将ImL体积比为1:4的去离子水与无水乙醇的混合溶液滴加到步骤3)所得悬浊液中,搅拌约lh,使钛酸四丁酯充分水解。
[0046]5.将步骤4中获得的悬浊液用无水乙醇稀释至25mL,滴加0.2mL的17.6g/L抗坏血酸,随后转移到40mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中,在180°C的条件下醇热12h。
[0047]6.将醇热所得的悬浊液离心分离,用无水乙醇洗涤所收获到的材料5次。最后放在真空箱中60°C干燥1h。获得的异质p-n结纳米复合材料如图2所示。从Cu20_5%Ti02异质p-n结纳米复合材料的TEM照片可以看出,二氧化钛部分包覆在氧化亚铜外表面上,二氧化钛纳米簇成岛状分布于氧化亚铜纳米球的内核上。
[0048]7.称取获得的异质p-n结纳米复合材料30mg,黑暗下超声分散在150mL浓度为30ppm的甲基橙溶液中,置于波长大于400nm,光强约23mW/cm2的可见光照射下,每隔一定时间进行取样、离心,取上清液测定所含甲基橙的浓度。
[0049]8.循环实验中,将前一次反应后的样品进行离心,回收,干燥,然后再称取重量,根据其质量按照0.2mg光催化剂/mL溶液的浓度加入30ppm的甲基橙溶液,按照步骤7的方法,进行循环反应,初始的降解速度达到128.25mg/(g.min),在7次循环实验之后,降解能力仍然在90%以上(如图3所示)。
[0050]9.大肠杆菌的灭活实验:称取获得的材料1mg,分散到1mL的含有107cfu/mL大肠杆菌的缓冲液中,置于波长大于400nm,光强约23mW/cm2的照射下,每隔20min取样、稀释、涂平板,然后在37°C培养24h,数出所获得的菌落数目。实验表明,本实施例的异质p-n结纳米复合材料在可见光光催化杀灭大肠杆菌的实验中,表现出很好的效果,80min能降低约三个数量级。
[0051]实施例2
[0052]以硫化亚铜纳米球为内核,表面修饰纳米级别的岛状二氧化钛的异质p-n结,且T1:Cu摩尔比为10%的制备过程如下:
[0053]1.将0.2g聚乙烯吡咯烷酮k30、34mg的CuCl2.2H20溶于10mL去离子水中,在磁力搅拌的作用下,将3.6mL的8g/L的氢氧化钠水溶液以每秒一滴的速度滴加到上述溶液中,搅拌5min,随后将4mL的17.6g/L抗坏血酸水溶液以三秒一滴的速度滴加到上述溶液中,搅拌5min后离心分离,此过程中,20°C下获得的氧化亚铜纳米粒子为球形、35°C为立方体,尺寸约为lOOnm。
[0054]2.用去离子水和无水乙醇交替洗涤I中所得的氧化亚铜纳米粒子3次,然后将这些氧化亚铜的纳米粒子超声分散在1mL的7.8?15.6g/L的硫化钠的水溶液中,随后,在磁力搅拌的作用下反应3h,获得黑色的硫化亚铜粉末。
[0055]3.将步骤2中获得硫化亚铜粉末用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次,最后一次采用去离子水洗涤,将洗涤好的硫化亚铜粉末立即分散到1mL无水乙醇中,超声分散lOmin,记为溶液A。
[0056]3.将钛酸四丁酯配制成0.1M的无水乙醇溶液B ;然后,根据负载量计算出所需B溶液的体积,此例中,TiiCu摩尔比为10%,需加入0.4mL的钛酸四丁酯,在磁力搅拌的作用O0C的条件下,滴加到A溶液中,搅拌Ih得悬浊液。
[0057]4.将ImL体积比为1:4的去离子水与无水乙醇的混合溶液滴加到步骤3)所得悬浊液中,搅拌约lh,使钛酸四丁酯充分水解。
[0058]5.将步骤4中获得的悬浊液用无水乙醇稀释至25mL,滴加0.2mL的17.6g/L抗坏血酸,随后转移到40mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中,在180°C的条件下醇热12h。
[0059]6.将醇热所得的悬浮液离心分离,用无水乙醇洗涤所收获到的材料5次。最后放在真空箱中60°C干燥10h。
[0060]7.称取获得的材料30mg,黑暗下超声分散在150mL浓度为30ppm的甲基橙溶液中,置于波长大于400nm,光强约23mW/cm2的可见光照射下,每隔一定时间进行取样、离心,取上清液测定所含甲基橙的浓度。
[0061]8.循环实验中,将前一次反应后的样品进行离心,回收,干燥,然后再称取重量,根据其质量按照0.2mg光催化剂/mL溶液的浓度加入30ppm的甲基橙溶液,按照步骤7的方法,进行循环反应。其初始的降解速度达到87.52mg/(g.min),在5次循环实验之后,降解能力仍然在80%以上。
[0062]9.大肠杆菌的灭活实验:称取获得的材料1mg,分散到1mL的含有107cfu/mL大肠杆菌的缓冲液中,置于波长大于400nm,光强约23mW/cm2的照射下,每隔20min取样、稀释、涂平板,然后在37°C培养24h,数出所获得的菌落数目。实验表明,本实施例的异质p-n结纳米复合材料在可见光光催化杀灭大肠杆菌的实验中,表现出很好的效果,80min能降低约两个数量级。
[0063]实施例3
[0064]以硫化镉为内核,表面修饰氧化锌的异质p-n结,且Zn: Cd摩尔比为30%的制备过程如下:
[0065]1.首先,将1.5mmol的乙酸镉在水浴80°C条件下溶解在40mL去离子水中,配成乙酸镉溶液,然后,在磁力搅拌下,将10?20mL浓度为15.6g/L的硫化钠水溶液滴加到乙酸镉溶液中,反应30min后离心分离,得硫化镉纳米粒子。
[0066]2.将步骤I中获得硫化镉纳米粒子用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次,将洗涤好的硫化镉纳米粒子立即分散到1mL无水乙醇中,超声分散lOmin,获得溶液A。
[0067]3.将0.219g乙酸锌溶于1ml去离子水中,配成溶液B,根据负载量30%,加入5mL的溶液B到溶液A中,搅拌Ih;
[0068]4.将2mL体积比为1:4的去离子水与无水乙醇的混合溶液滴加到步骤3)所得悬浊液中,搅拌1.5小时,使乙酸锌充分水解。
[0069]5.将步骤4)中获得的悬浊液用无水乙醇
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