[發明專利]一種基于氧化亞銅的三維薄膜異質結光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410363388.1
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104941644B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 鄒欣偉;柴躍生;田玉明
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J23/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于無機材料制備技術領域，涉及一種基于氧化亞銅的三維異質結光催化劑的制備技術和方法。將已在導電基底上生長的氧化鋅或二氧化鈦一維納米結構薄膜作為工作電極，以氯化銀或是飽和甘汞電極作為參比電極，以鉑作為對電極，以硝酸銅的二甲基亞砜溶液作為電解液，通過三電極電沉積方法制備具有三維異質結薄膜光催化劑。其中氧化亞銅呈現樹葉狀和納米顆粒狀分布，與氧化鋅或是二氧化鈦一維納米結構薄膜可形成良好的復合薄膜異質結構。將本發明的光催化劑置于帶處理水溶液中，在可見光下其對甲基橙具有很好的降解能力。

技術領域

本發明涉及一種薄膜異質結光催化劑的制備方法，具體涉及一種基于氧化亞銅的三維薄膜異質結光催化劑的制備方法，屬于無機材料制備技術領域。

技術背景

氧化亞銅(Cu₂O)作為一種p型半導體材料，其帶隙較窄約為2.1eV，具有很好的太陽光吸收性能，因此其在光伏，光催化，光電化學及氣敏傳感器等領域具有很好的應用前景。樹葉狀結構的晶體材料，由于其具有低密度，大的比表面積和良好的表面滲透性，因此其作為催化劑和載體材料等有著很好的應用前景。

近年來，已有研究人員采用電沉積方法制備出了氧化亞銅樹葉狀結構薄膜材料，例如，Lingling Wu和Nageh K.Allarn等人分別采用電沉積方法制備出了片狀Cu₂O薄膜材料(Lingling Wu，J.Phys.Chem.C，2010，114(26)：11551-11556；Nageh K.Allam，Materialsletters，2011，65(12)：1949-1955)。然而這些方法通常都是在酸性或是堿性條件下生長制備，這就要求襯底材料具有一定的耐酸堿侵蝕能力，如果需要在其他易受酸堿腐蝕的半導體材料上生長枝晶，比如ZnO和TiO₂等，這種方法的應用就受到了限制。

Cu₂O與ZnO和TiO₂等具有較寬的帶隙(大于3.0eV)n型半導體形成pn結光催化劑，不但可以大大提高對太陽光的吸收性能，還可以促進載流子的分離，進而提高光催化效率。而且薄膜型異質結構光催化劑相較于粉體光催化劑易于回收，且可應用流動水中，擴展了其應用范圍。

發明內容

本發明在其他Cu₂O異質結光催化劑(中國專利：CN101708471B，CN102266775A)的基礎上進行了創新性設計，目的在于提供一種制備三維異質結構光催化劑，其Cu₂O可呈現樹葉狀形式，其厚度為100nm。采用了電化學沉積技術附加退火處理的方式可在ZnO、TiO₂等n型半導體材料的納米結構(納米線，納米棒和納米管等)上生長出樹葉狀氧化亞銅，同時在ZnO、TiO₂等表面還有納米顆粒狀氧化亞銅生成。此方法可在易受酸堿侵蝕的基底上實現再次生長氧化亞銅，不對基底產生侵蝕作用，還可形成三維異質結復合薄膜。

本發明的具體技術方案包括以下步驟：

1.配制硝酸銅的二甲基亞砜(DMSO)溶液，作為電解液以備后續使用，控制其摩爾濃度在0.015～0.1M。

2.將待沉積的ZnO和TiO₂等一維納米結構(納米線，納米棒和納米管等)薄膜基底清洗干凈并干燥后作為工作電極，以鉑片作為對電極，以飽和氯化銀電極或飽和甘汞電極作為參比電極，以恒電位進行電化學沉積，電位保持在-0.2V到-0.6V之間(相對于參比電極)，保持電解液溫度在60～85℃。沉積1min-60min，樹葉狀和納米顆粒狀Cu就可在基底上面形成。

3.對進行電沉積后的樣品進行退火處理2h～6h，溫度保持在150℃～350℃，氣氛壓力保持在0.001atm.～1atm.隨后樹葉狀和納米顆粒狀Cu可轉化為Cu₂O。

本發明的優點：

本發明不需要復雜的設備，簡單易行，成本低，是一種實用的制備方法。