[發(fā)明專利]表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末及其制備方法

有效

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• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102391862A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 董立峰;孫瓊;于立巖;張乾;董紅周
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C09K11/67
• 分類號: C09K11/67;C09K11/02
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 崔濱生

技術領域

本發(fā)明屬于二氧化鈦表面修飾技術領域，具體涉及一種表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末及其制備方法。其中，銅氧化物量子點包括氧化亞銅量子點、氧化銅量子點或氧化亞銅和氧化銅量子點混合物。

背景技術

能源與環(huán)境是21世紀人類面臨的重大問題，也是限制工業(yè)化進程的重要因素。在石油、煤炭等傳統(tǒng)能源日益枯竭，生存環(huán)境不斷惡化的今天，為了保證可持續(xù)發(fā)展得以順利進行，人們對于來源豐富、環(huán)境友好型新能源的需要更為迫切。太陽能無疑是最為理想的能量來源，而二氧化鈦具有價廉、無毒、電荷分離迅速、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，成為了光電轉化研究中眾多半導體材料的首選。

要進一步提高二氧化鈦光電轉化的效率，必須解決兩個技術難題：（1）二氧化鈦的禁帶寬度（～3.2eV）決定了它只能被小于380nm的紫外光所激發(fā)，而小于380nm的紫外光這部分能量只占到達地球表面太陽輻射的5%左右，因此需要拓寬二氧化鈦對光譜的響應范圍，提高太陽能特別是可見光區(qū)的利用率；（2）電荷載體間的快速復合導致量子產(chǎn)率通常不高于20%，這就使得太陽能的實際利用率只有約1%，所以提高光生電子和空穴對的有效分離、抑制復合也是提高二氧化鈦光電轉化效率的必要手段。

解決上述兩個技術難題，通常可采用量子點（QDs）修飾二氧化鈦的方法，量子點（QDs）修飾二氧化鈦是基于半導體復合以及染料敏化兩種方法而引伸出來的一種新型修飾手段，它通過將其中一種半導體制備成2-20nm之間的納米晶粒，并有效結合至另一種半導體表面的特定位點，利用量子尺寸效應（量子尺寸效應是指當粒子尺寸下降到某一數(shù)值時，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級或者能隙變寬的現(xiàn)象）來改變納米晶粒的禁帶寬度，從而改變樣品的響應波長，利用量子點修飾的半導體太陽能電池也可稱為量子點敏化太陽能電池（QDSC）。

然而，目前人們采用的量子點材料多為含有重金屬元素的半導體，如硫化鎘、硫化鉛、硒化鎘等，這些材料本身具有很強的生物毒性，對環(huán)境會產(chǎn)生較大的污染，不符合環(huán)境友好型材料的要求。因此，需要進一步尋找、開發(fā)低毒甚至無毒的新型量子點材料進行表面修飾二氧化鈦粉末。

近來，人們利用銅類半導體修飾二氧化鈦做了一些初步的研究工作。雖然目前光電性能的提高并不如傳統(tǒng)量子點材料顯著，但是這類物質的應用潛力是非常巨大的。首先，氧化亞銅（～2.4eV）的禁帶寬度與硫化鎘相似，并且導帶位置與二氧化鈦的導帶接近；其次，人們在進行二氧化鈦表面銅離子或氧化銅修飾時發(fā)現(xiàn)，只有銅含量非常低（<0.1wt%）的時候才會對二氧化鈦的光催化活性有顯著提高，這些都符合量子點的選擇標準；更為重要的是，此類物質成本較低且毒性小得多。由上可知，如何利用含銅類半導體材料進行二氧化鈦粉末表面修飾是亟待解決的技術課題。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末及其制備方法，可以解決現(xiàn)有量子點修飾二氧化鈦中量子點材料生物毒性大，對環(huán)境不友好的問題。

為達到上述技術目的，本發(fā)明所提出的表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末采用以下技術方案實現(xiàn)：

一種表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末，所述二氧化鈦粉末的晶粒表面以量子點形成分布有高度分散有氧化亞銅、氧化銅中的至少一種，所述高度分散是指量子點的平均尺寸為1～100nm。

所述二氧化鈦的鈦源為銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型中的一種或兩種或三種。

本發(fā)明所提出的表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末的制備方法采用以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于本發(fā)明所述表面銅氧化物量子點修飾的二氧化鈦粉末的制備方法，采用氯化亞銅飽和溶液沉積法，包括以下步驟：

（1）、室溫下取過量氯化亞銅粉末投入超純水中，超聲使之分散后進行磁力攪拌，得到飽和氯化亞銅懸濁液；

（2）、將步驟（1）取得的飽和氯化亞銅懸濁液抽濾，取澄清濾液，即飽和氯化亞銅水溶液密封避光儲備，并回收未溶解的氯化亞銅，用于重復制備飽和氯化亞銅水溶液；

（3）、預先將二氧化鈦粉末在200～800℃下煅燒3小時，然后在室溫下，將預先煅燒后的二氧化鈦粉末投入異丙醇中，超聲使之分散，得到二氧化鈦-異丙醇懸濁液；

（4）、磁力攪拌下，將步驟（2）得到的飽和氯化亞銅水溶液滴加到步驟（3）得到的二氧化鈦-異丙醇懸濁液中，分散均勻；

（5）、磁力攪拌下，向步驟（4）得到的二氧化鈦-異丙醇懸濁液中滴加過量氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液，攪拌下與氯化亞銅充分反應，得到表面沉積有氫氧化亞銅沉淀的二氧化鈦懸濁液，繼續(xù)攪拌10～60min；