专利名称：一种CdS/TiO<sub>2</sub>纳米复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及无机纳米复合材料的制备方法，具体是指一种纳米材料CdS/TiA空心微球的制备方法。
背景技术：
复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快， 世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。纳米结构的空心材料由于具有较大的内部空间等独特的结构，及其与块材相比具有比表面积大，密度小等优异的性能，可作为催化剂、药物载体、隔热材料等，广泛应用于医学、制药学等领域，其研究受到人们的广泛关注。TiO2是一种重要的半导体光催化材料，它具有光催化降解有机物活性高，光化学稳定，耐化学和光化学腐蚀及无毒等特性，而且效率较高，在常温常压下即可操作，太阳光、 紫外光均可作为光源，并且可利用空气作为催化剂，几乎可以无选择地氧化各种有机物。 TiO2虽然对光比较稳定，但其带隙较宽，光吸收仅限于紫外光区，尚达不到照射到地面太阳光谱的10%，限制了太阳光的利用。复合半导体的制备是目前提高TiO2光催化活性的常用而且很有效的途径。CdS作为一种重要的半导体材料，具有优异的光电转化性能和发光性能，随着尺寸的减小以及形貌的变化，纳米结构的禁带宽度发生明显的变化，表现出不同于块材的、更加优异的光电性能，因而在催化、非线性光学、光吸收、传感器和磁性材料等新材料方面有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单，成本低，可大规模生产的制备无机纳米复合材料cds/TiA空心微球的方法。一种CdS/TiA空心微球纳米复合材料的制备方法，其特征是步骤如下(I)SiO2微球的制备取正硅酸乙酯和无水乙醇，在常温下搅拌混合均勻，其中正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1 6 15之间，记为A液；再取去离子水、无水乙醇、氨水在常温下搅拌混合均勻，其中去离子水、无水乙醇、 氨水的体积比为1 2 3 6 12之间，记为B液；将上述A、B两种分别配制的溶液混合，在搅拌条件下进行反应3小时，得到二氧化硅微球溶胶，最后把溶胶经无水乙醇、去离子水超声离心循环清洗，得S^2微球；(2) Si02/CdS的制备将上述步骤(1)制备得到的SiA微球以0. 001g/mL的浓度超声分散在去离子水中，形成S^2微球水溶液；往溶液中加入0. lmol/L柠檬酸钠水溶液， 其中柠檬酸钠水溶液与SiO2微球水溶液的体积比为1 15;用氨水调节溶液，使溶液的pH值为9. 5 10. 0之间；然后一次性加入0. lmol/L氯化镉水溶液和0. lmol/L硫脲水溶液；其中，氯化镉水溶液与SiO2微球水溶液的体积比为1 20，氯化镉水溶液与硫脲水溶液的体积比为1 2;再用氨水调节混合溶液的PH值至10. 5 11. 0之间，使混合溶液在65°C恒温超声下持续反应1-2小时；反应完成后，将所得产物用去离子水离心超声循环清洗，得Si02/CdS微球；(3)Si02/CdS/Ti02的制备以体积比为1 50量取钛酸四丁酯、无水乙醇，在密封、常温下搅拌混合均勻；取步骤O)中制备的SiA/CdS微球以0. 001g/mL的浓度超声分散在无水乙醇中， 形成siA/cds微球乙醇溶液，然后再往siA/cds微球乙醇溶液中加入氨水且混合均勻；其中氨水与Si02/CdS微球乙醇溶液的体积比为1 50 66 ；将上述两溶液混合，置于60°C恒温反应3 3. 5小时；反应完成得SiA/cds/TiA微球溶胶，微球溶胶经无水乙醇、去离子水离心超声循环清洗，得siA/cds/TiA微球；(4) CdSAiO2空心微球的制备将步骤(3)所得SiA/CdS/TiA微球置于lmol/L的 NaOH溶液中，在80°C条件下进行反应3 4小时，反应完成后经去离子水离心超声循环清洗，得cds/TiA空心微球。本发明中所制备的复合纳米材料CdS/TiA空心微球为双层壳空心结构；上述的步骤(2)是以SiO2微球为核，制备Si02/CdS核壳结构；上述的步骤(3)为以SiA/CdS为核， 制备siA/cds/TiA核壳结构。有益效果本发明制备过程中，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备。本发明采用新颖的合成思路制备无机纳米复合材料CdS/Ti02空心微球，工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高，亦可大规模生产。
图1是用本发明制得的CdS/TiA空心微球的扫描电镜图片；图2是用本发明制得的CdS/TiA空心微球的电子能谱；图3是用本发明制得的CdS/TiA空心微球的高分辨透射电镜图片。
具体实施例方式以下结合实例进一步说明本发明。实施例1量取8ml正硅酸乙酯和90mL无水乙醇常温下搅拌15min (记为A液)；量取20mL 去离子水、70mL无水乙醇和15-20mL氨水常温下搅拌15min (记为B液)；待A、B两种溶液混合均勻后，将A液加入B液中，在40°C下恒温搅拌反应3小时既得二氧化硅微球溶胶，小球经多次无水乙醇与去离子水超声清洗得S^2微球样品。将适量单分散S^2微球超声分散在300mL去离子水中，加入20mL的柠檬酸钠，测溶液的pH值用氨水调节使其接近10. 00，然后一次性加入15mL的氯化镉水溶液和30mL的硫脲水溶液，用氨水调节使混合溶液pH值在 10.5。反应混合液在60°C恒温磁力搅拌，持续1小时左右。反应完成后，将所得产物用去离子水超声离心循环清洗，既得分散性良好的Si02/CdS微球。量取适量钛酸四丁酯与IOOmL 无水乙醇，密封常温下搅拌15min (记为C液)；取适量的Si&/CdS微球置于IOOmL无水乙
4醇超声，使Si02/CdS微球均勻分散于无水乙醇中(记为D液)，在D液中加入适量氨水，待混合均勻后，将C液加入D溶液中且置于60°C恒温搅拌水浴锅中反应3小时。反应完成后既得siA/cds/TiA微球溶胶，小球经多次无水乙醇与去离子水超声清洗得sio2/cds/TiA微球样品。将SiA/CdS/TiA微球置于装有lmol/L的NaOH溶液的反应釜中，在80°C下反应。 反应完成后经去离子水反复多次超声离心清洗既得CdS/Ti02S心微球。直接在扫描电镜下观察如图1，可以发现大量纳米空心微球生成。图2的EDS分析表明空心纳米微球含有Cd、 S、Ti、0、Si元素，其中Pt为测试时为增强物质的导电性镀在其表面的杂质，C为测试用的导电胶，与样品成分无关。图3的HRTEM图谱清楚表明纳米空心微球具有致密的双层空心结构，并没有发现明显的缺陷，表明利用该方法所制备的纳米空心微球具有极好的质量。下表为各具体成份的情况
权利要求
1. 一种cds/TiA纳米复合材料的制备方法，其特征是步骤如下(1)SiO2微球的制备取正硅酸乙酯和无水乙醇，在常温下搅拌混合均勻，其中正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1 6 15之间；再取去离子水、无水乙醇、氨水在常温下搅拌混合均勻，其中去离子水、无水乙醇、氨水的体积比为1 2 3 6 12之间；将上述两种分别配制的溶液混合，在搅拌条件下进行反应3小时，得到二氧化硅微球溶胶，最后把溶胶经无水乙醇、去离子水超声离心循环清洗，得SiO2微球；(2)Si02/CdS的制备将上述步骤(1)制备得到的SW2微球以0.001g/mL的浓度超声分散在去离子水中，形成S^2微球水溶液；往溶液中加入0. lmol/L柠檬酸钠水溶液，其中柠檬酸钠水溶液与SiO2微球水溶液的体积比为1 15;用氨水调节溶液，使溶液的PH值为9. 5 10. 0之间；然后一次性加入0. lmol/L氯化镉水溶液和0. lmol/L硫脲水溶液；其中，氯化镉水溶液与SiO2微球水溶液的体积比为1 20，氯化镉水溶液与硫脲水溶液的体积比为1 2;再用氨水调节混合溶液的PH值至10. 5 11. 0之间，使混合溶液在65°C恒温超声下持续反应1-2小时；反应完成后，将所得产物用去离子水离心超声循环清洗，得SiA/CdS微球；(3)Si02/CdS/Ti02的制备以体积比为1 50量取钛酸四丁酯、无水乙醇，在密封、常温下搅拌混合均勻；取步骤O)中制备的SiA/CdS微球以0.001g/mL的浓度超声分散在无水乙醇中，形成 Si02/Cds微球乙醇溶液，然后再往siA/cds微球乙醇溶液中加入氨水且混合均勻；其中氨水与Si02/CdS微球乙醇溶液的体积比为1 50 66 ；将上述两溶液混合，置于60°C恒温反应3 3. 5小时；反应完成得SiA/CdS/TiA微球溶胶，微球溶胶经无水乙醇、去离子水离心超声循环清洗，得 siA/cds/Tio2 微球；(4)CdS/Ti02S心微球的制备将步骤(3)所得SiA/CdS/TiO^i球置于lmol/L的NaOH 溶液中，在80°C条件下进行反应3 4小时，反应完成后经去离子水离心超声循环清洗，得 CdSAiO2空心微球。
全文摘要
本发明涉及无机纳米复合材料的制备方法，具体是指一种纳米材料CdS/TiO2空心微球的制备方法。本发明采用先制备SiO2微球样品再制备分散性良好的SiO2/CdS微球，再将SiO2/CdS微球均匀分散于无水乙醇中，经过反应制备SiO2/CdS/TiO2微球溶胶，最后将SiO2/CdS/TiO2微球溶胶置于装有NaOH溶液的反应釜中反应，可得CdS/TiO2空心微球。本发明的优点是所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备，工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高，亦可大规模生产。本发明在半导体光催化行业具有广泛用途。
文档编号B01J13/02GK102205224SQ20111010097
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者唐为华, 孟海丽, 崔灿, 李培刚, 王顺利 申请人:浙江理工大学