[发明专利]CuO球、其制备方法、用途及可见光催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及CuO纳米结构，特别涉及CuO球、其制备方法、用途及可见光催化剂。

背景技术

染料在纺织、皮革、印刷、食品和塑料等行业都有广泛的应用，目前大约由100,000种染料被应用在以上工业中，其中大部分的染料都是合成染料，很难被降解或脱色。废水中的这些染料造成了很大的环境污染问题，破坏了生态环境的平衡，甚至有些染料对某些有机体是有毒或者致癌的。目前，有多种方法如吸附、化学絮凝、光降解、电催化等可用来处理废水。在这些方法中，光降解方法由于能够有效地去除废水中的染料而不会造成二次污染从而得到了广泛的应用。

自从1972年日本的Fujishima和Honda发现TiO₂可以光解水制氢气，光催化材料得到了广泛的关注。TiO₂因其生物和化学惰性、强的催化能力、低成本及在光及化学催化方面的长效稳定性，使其具有很广泛的应用。然而，TiO₂的带隙值为3.2eV，只能吸收λ＜387nm的紫外光，而在太阳光中，紫外光(200～400nm)只有4％，而可见光有43％，因此，发展新的可见光催化剂具有非常重要的意义。CuO是一种p-型半导体，在很多领域都有广泛的应用，可以作为异质催化剂催化烃类物质转化为CO₂和水，选择性催化还原NO等。CuO的带隙值为1.2eV，因此它可以作为可见光光催化剂来处理废水中的染料。本发明首次提出了一种简单方便的方法，在不使用任何表面活性剂或者模板的情况下成功地得到CuO实心球和CuO中空球两种纳米结构，并将这两种材料应用于可见光催化有机染料降解，特别是对甲基蓝的可见光光催化降解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有球状结构的CuO纳米材料，该球状结构分为实心球和中空球结构，并提供了有效的制备方法。

本发明的另一个目的是将上述CuO实心球和中空球纳米材料，用于可见光催化降解有机染料，特别是对甲基蓝。

本发明CuO球为由CuO纳米粒子组装而成的球状结构，制备方法如下：铜盐水溶液，氨水与海藻酸钠的水溶液混合，其中铜盐水溶液与氨水的体积比在10∶0.5～10∶5，铜盐水溶液与海藻酸钠水溶液的体积比在2∶1～1∶2，在100-180℃水热条件下反应1-24小时。

所述CuO球的优选制备方法为：

a)将醋酸铜溶解于水中，制成浓度为0.05-0.500mol/L的醋酸铜水溶液；

b)在上述醋酸铜水溶液中加入0.5-4ml氨水，然后加入2g/L海藻酸钠水溶液，其中醋酸铜水溶液与氨水的体积比范围为：10∶0.5到10∶4，醋酸铜水溶液与海藻酸钠水溶液的体积比范围为：2∶1到1∶2；

c)将上述混合溶液倒入高压釜中，关闭高压釜，于120-160℃保持1-18小时；

d)冷却到室温，收集固体产物，洗涤后干燥。

本发明可根据反应时间的不同将CuO球分别制成实心球和中空球，具体为：铜盐水溶液，氨水与海藻酸钠的水溶液混合，其中铜盐水溶液与氨水的体积比在10∶0.5～10∶5，铜盐水溶液与海藻酸钠水溶液的体积比在2∶1～1∶2，在100-180℃水热条件下反应1-3小时。可制成实心的CuO球，其直径从100nm～1μm。

实心CuO球的优选制备方法为：a)将醋酸铜溶解于水中，制成浓度为0.05-0.500mol/L的醋酸铜水溶液；b)在上述醋酸铜水溶液中加入0.5-4m1氨水，然后加入2g/L海藻酸钠水溶液，其中醋酸铜水溶液与氨水的体积比范围为：10∶0.5到10∶4，醋酸铜水溶液与海藻酸钠水溶液的体积比范围为：2∶1到1∶2；c)将上述混合溶液倒入高压釜中，关闭高压釜，于120-160℃保持1-2小时；d)冷却到室温，收集固体产物，洗涤后干燥。

将铜盐水溶液，氨水与海藻酸钠的水溶液混合，其中铜盐水溶液与氨水的体积比在10∶0.5～10∶5，铜盐水溶液与海藻酸钠水溶液的体积比在2∶1～1∶2，在100-180℃水热条件下反应4-24小时。可制成中空的CuO球，其直径从100nm～1μm，壁厚为20nm～400nm。