[发明专利]一种光催化剂及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖、具有出色光电性能的功能纳米材料—-CdS-ZnS/TiO₂纳米纤维及其制备方法及应用。

背景技术

一维纳米材料是近几年来发展起来的一种新型功能材料，因其独特的电学、光学、磁学、机械等性质而受到人们越来越多的重视。纳米材料的制备方法有许多种，如刻蚀技术、水热法、模板法、静电纺丝法等。其中，静电纺丝方法是一种不同于常规方法的纺丝技术，它是通过将几千至几万伏的高压静电场加到聚合物溶液或熔体内，使聚合物溶液或熔体首先在喷射孔处形成Taylor圆锥形液滴。当高压电场所产生的电场拉伸力克服了液滴的表面张力后，该带电液滴形成了喷射流，然后该喷射流在电场中得到进一步的拉伸，同时内含溶剂不断挥发，最后以螺旋状到达接收器，凝固而形成无纺布状的纤维毡或其它形状的结构物。由于静电纺丝技术系特殊的原理与工艺，所制得纤维一般在数十纳米到数微米之间，具有很大的表面积，因此纤维可以用来制成具有表面功能的材料。

二氧化钛(TiO₂)光催化剂具有稳定的化学性质、高催化活性、低成本和耐光性等优势，已成为各国科学领域的研究热点。然而，由于TiO₂禁带较宽只能吸收紫外光、光生电子与空穴易复合、比表面积不够大等等，使其它在实际应用受到了限制。本发明应用静电纺丝技术与连续离子层吸附法（SILAR）合成具有一维结构的CdS-ZnS/TiO₂纳米纤维。由于CdS是窄带系的半导体材料，ZnS可以提高CdS的稳定性，在修饰CdS、ZnS后的TiO₂纳米纤维既能拓宽其在可见光区的吸收范围，又能加快电子和空穴的分离速率，从而提高了光电转化的效率。由于其具有一维结构的性质，该催化剂相对于普通的颗粒状催化剂具有更高的比表面积，因此可以更好的加快电子的传输速率。本发明的催化剂制备方便，价格低廉，具有很好的光电性能。此外，本发明中发现，CdS和ZnS的沉积顺序对CdS-ZnS/TiO₂复合材料的光电性能有很大影响，只有先沉积ZnS，后沉积CdS的TiO₂纳米纤维才具有优异的光电转化性能。反之，先沉积CdS，后沉积ZnS的TiO₂纳米纤维还没有只修饰CdS的TiO₂纳米纤维的光电性能优异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖、具有出色光电性能的功能纳米材料—-CdS-ZnS/TiO₂纳米纤维及其制备方法和应用方法。该材料为可见光催化剂，具有优异的光电化学性质，其制备方法快速，简便。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种光催化剂的制备方法：

将钛酸四异丙酯和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）溶液混合得到的TiO₂溶胶通过静电纺丝得到TiO₂纳米纤维；将TiO₂纳米纤维浸入Zn(NO₃)₂、ZnSO₄或Zn(Ac)₂溶液中冲洗、吹干；再在Na₂S溶液中浸泡，冲洗，吹干，制得ZnS/TiO₂纳米纤维；最后将ZnS/TiO₂纳米纤维浸入Cd(NO₃)₂、CdSO₄或Cd(Ac)₂溶液中，冲洗、吹干；再在Na₂S溶液中浸泡，冲洗，吹干，即可。

所述的TiO₂溶胶的制备具体如下：

将1.5g钛酸四异丙酯，3mL乙醇和3mL醋酸混合,磁力搅拌30min，然后将0.45g PVP溶于3mL乙醇，将二者混合，继续搅拌1h，得到TiO₂溶胶。

上述方法静电纺丝时，控制工作电压为10kV，调节接收器与纺丝针头距离为10cm,溶液的流出速度为0.5mL/h。

上述方法纺得的TiO₂纳米纤维在真空干燥箱80℃干燥1h后,在450℃煅烧2h；随后自然降至室温，得到TiO₂纳米纤维。

上述方法中ZnS/TiO₂纳米纤维的制备过程具体如下：