[發明專利]水熱法合成異質結構氧化銅復合二氧化鈦納米線陣列

有效

• 申請號: 201310360012.0
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103433038A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 施偉東;嚴丹;張格紅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J21/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 談敏

技術領域

本發明屬于環境友好型無機納米材料技術領域，涉及納米異質結構材料的合成，尤其涉及一種水熱法合成異質結構氧化銅復合二氧化鈦（CuO@TiO₂）納米線陣列。

背景技術

隨著社會科技的進步發展，能源問題已經成為當下亟待解決的問題。氫能作為一種清潔干凈高效的新型能源，越來越受到人們的重視。太陽光照射下，利用半導體氧化物制成光電陽極，光電化學分解水制氫是目前研究較熱且可行的方法。

納米結構的氧化物按照形貌，大致分為?(i)?零維，指在空間三維尺度均在納米尺度，如納米尺度的顆粒、納米微球、原子團簇等；(ii)?一維，指在空間有兩維處于納米尺度，如納米線、納米棒、納米管、納米帶及納米纖維等；(iii)?二維，指在三維空間中有一維在納米尺度，如超薄膜、納米片、超晶格等；(v)三維，指由一維或二維納米材料按照一定規律組裝而形成的材料，如納米珊瑚、納米海膽等，其中一維納米線在電化學中具有良好的應用效果。

TiO₂是一種常見的n-型半導體，具有廉價、穩定、無污染等優點，廣泛運用于光電化學的研究。TiO₂的禁帶寬度為3.2?eV，光生電子空穴復合率較高電荷遷移率較低，限制了對紫外光的利用。CuO作為一種p-型半導體，禁帶寬度為1.8?eV，將其與TiO₂復合，形成p-n異質結構的氧化銅復合二氧化鈦（CuO@TiO₂）納米線陣列，可有效的分離光生電子空穴，阻礙其復合，有效地提高電子遷移率，增加光生電子對H⁺的還原，提高產氫率。

發明內容

本發明的目的是為了提高光電化學分解水的產氫率，提供一種工藝簡單、成本較低的異質結構氧化銅復合二氧化鈦（CuO@TiO₂）納米線陣列的合成方法。

本發明利用水熱法合成異質結構氧化銅復合二氧化鈦納米線陣列，先將鈦源水解在濃鹽酸中制成TiO₂前驅液，加入導電玻璃基片后經水熱反應得到TiO₂納米線陣列基片，再將所制得的基片先后置于醋酸銅乙醇溶液、醋酸銅水溶液中，最后高溫煅燒制得異質結構氧化銅復合二氧化鈦納米線陣列。

水熱法合成異質結構氧化銅復合二氧化鈦（CuO@TiO₂）納米線陣列，具體反應步驟如下：

（1）將鈦源溶解在濃鹽酸中攪拌得到透明的TiO₂前驅液，所述鈦源與濃鹽酸的體積比為0.03~1.4:60；

（2）將TiO₂前驅液移至反應釜中，加入清洗干凈的導電玻璃FTO基片，于120~180℃反應4~24?h，自然冷卻至室溫，將制得的TiO₂納米線陣列基片分別用去離子水、無水乙醇清洗；

（3）將清洗后的TiO₂納米線陣列基片置于醋酸銅乙醇溶液中，100~130℃反應20~30?h，然后將基片分別用去離子水、無水乙醇清洗，所述醋酸銅乙醇溶液的濃度為0.01~0.05mol/L；

（4）將步驟（3）制得的基片置于醋酸銅水溶液，70~85℃反應4~10?h，產物分別用去離子水、無水乙醇清洗，所述醋酸銅水溶液的濃度為0.05mol/L；

（5）將步驟（4）制得的基片于350~500℃高溫煅燒1~3?h，得到褐色的異質結構氧化銅復合二氧化鈦（CuO@TiO₂）納米線陣列。

本發明步驟（1）中所述的鈦源為鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯或四氯化鈦中任一種。

本發明步驟（1）中所述濃鹽酸濃度為6M。

本發明所制得的異質結構氧化銅復合二氧化鈦Cu@TiO₂納米線陣列可作為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，Pt絲為對電極的三電極系統中，進行PEC測試。在測試過程中，可以觀察到在Pt絲表面有大量氣泡產生（H₂），異質結構Cu@TiO₂納米線陣列表面有氣泡產生（O₂）。

鹽酸、醋酸銅、無水乙醇均為分析純，鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦為化學純，購自國藥集團化學試劑有限公司；導電玻璃FTO基片購自日本日本板硝子株式會社（Nippon?Sheet?Glass，NSG）。

有益效果