[發明專利]CuO球、其制備方法、用途及可見光催化劑

無效

• 申請號: 201310000066.6
• 申請日: 2013-01-04
• 公開（公告）號: CN103058257A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 高峰;陸輕銥;劉榮梅;殷竟洲;杜薇;樊永章
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C01G3/02
• 分類號: C01G3/02;B82Y30/00;B01J23/72
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技術領域

本發明涉及CuO納米結構，特別涉及CuO球、其制備方法、用途及可見光催化劑。

背景技術

染料在紡織、皮革、印刷、食品和塑料等行業都有廣泛的應用，目前大約由100,000種染料被應用在以上工業中，其中大部分的染料都是合成染料，很難被降解或脫色。廢水中的這些染料造成了很大的環境污染問題，破壞了生態環境的平衡，甚至有些染料對某些有機體是有毒或者致癌的。目前，有多種方法如吸附、化學絮凝、光降解、電催化等可用來處理廢水。在這些方法中，光降解方法由于能夠有效地去除廢水中的染料而不會造成二次污染從而得到了廣泛的應用。

自從1972年日本的Fujishima和Honda發現TiO₂可以光解水制氫氣，光催化材料得到了廣泛的關注。TiO₂因其生物和化學惰性、強的催化能力、低成本及在光及化學催化方面的長效穩定性，使其具有很廣泛的應用。然而，TiO₂的帶隙值為3.2eV，只能吸收λ＜387nm的紫外光，而在太陽光中，紫外光(200～400nm)只有4％，而可見光有43％，因此，發展新的可見光催化劑具有非常重要的意義。CuO是一種p-型半導體，在很多領域都有廣泛的應用，可以作為異質催化劑催化烴類物質轉化為CO₂和水，選擇性催化還原NO等。CuO的帶隙值為1.2eV，因此它可以作為可見光光催化劑來處理廢水中的染料。本發明首次提出了一種簡單方便的方法，在不使用任何表面活性劑或者模板的情況下成功地得到CuO實心球和CuO中空球兩種納米結構，并將這兩種材料應用于可見光催化有機染料降解，特別是對甲基藍的可見光光催化降解。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有球狀結構的CuO納米材料，該球狀結構分為實心球和中空球結構，并提供了有效的制備方法。

本發明的另一個目的是將上述CuO實心球和中空球納米材料，用于可見光催化降解有機染料，特別是對甲基藍。

本發明CuO球為由CuO納米粒子組裝而成的球狀結構，制備方法如下：銅鹽水溶液，氨水與海藻酸鈉的水溶液混合，其中銅鹽水溶液與氨水的體積比在10∶0.5～10∶5，銅鹽水溶液與海藻酸鈉水溶液的體積比在2∶1～1∶2，在100-180℃水熱條件下反應1-24小時。

所述CuO球的優選制備方法為：

a)將醋酸銅溶解于水中，制成濃度為0.05-0.500mol/L的醋酸銅水溶液；

b)在上述醋酸銅水溶液中加入0.5-4ml氨水，然后加入2g/L海藻酸鈉水溶液，其中醋酸銅水溶液與氨水的體積比范圍為：10∶0.5到10∶4，醋酸銅水溶液與海藻酸鈉水溶液的體積比范圍為：2∶1到1∶2；

c)將上述混合溶液倒入高壓釜中，關閉高壓釜，于120-160℃保持1-18小時；

d)冷卻到室溫，收集固體產物，洗滌后干燥。

本發明可根據反應時間的不同將CuO球分別制成實心球和中空球，具體為：銅鹽水溶液，氨水與海藻酸鈉的水溶液混合，其中銅鹽水溶液與氨水的體積比在10∶0.5～10∶5，銅鹽水溶液與海藻酸鈉水溶液的體積比在2∶1～1∶2，在100-180℃水熱條件下反應1-3小時。可制成實心的CuO球，其直徑從100nm～1μm。

實心CuO球的優選制備方法為：a)將醋酸銅溶解于水中，制成濃度為0.05-0.500mol/L的醋酸銅水溶液；b)在上述醋酸銅水溶液中加入0.5-4m1氨水，然后加入2g/L海藻酸鈉水溶液，其中醋酸銅水溶液與氨水的體積比范圍為：10∶0.5到10∶4，醋酸銅水溶液與海藻酸鈉水溶液的體積比范圍為：2∶1到1∶2；c)將上述混合溶液倒入高壓釜中，關閉高壓釜，于120-160℃保持1-2小時；d)冷卻到室溫，收集固體產物，洗滌后干燥。

將銅鹽水溶液，氨水與海藻酸鈉的水溶液混合，其中銅鹽水溶液與氨水的體積比在10∶0.5～10∶5，銅鹽水溶液與海藻酸鈉水溶液的體積比在2∶1～1∶2，在100-180℃水熱條件下反應4-24小時。可制成中空的CuO球，其直徑從100nm～1μm，壁厚為20nm～400nm。