[发明专利]一种CuO复合光催化纳米材料及其高效制备方法

说明书

本发明公开了一种CuO复合光催化纳米材料及其高效制备方法，以氧化石墨烯（GO）、羧基化多壁碳纳米管（C‑MWCNT）等为载体，CuO为负载材料，载体材料与CuO载体的质量比为2:（1‑8），CuO纳米颗粒汇聚成纳米粒子团均匀附着在载体材料的表面，形成稳定的复合结构。本发明的高光吸收率光催化材料具有高热导率、高光催化效率等特点，并且本发明中采用的分步水热法制备简单、高效，为高效光催化材料批量制备提供了一个新的方法。

技术领域

本发明涉及一种CuO复合光催化纳米材料及其高效制备方法，该材料属于能源领域，应用于太阳能光催化及热能存储领域。

背景技术

随着工业技术的发展，伴随的工业污染也成了当前关注的重点，半导体催化技术在环境治理，净化水源起着关键的作用。光催化是一种能够把无害的太阳能转化为化学能的新兴技术。光催化剂吸收光能可以把水分解为H₂和O₂，也可以将环境中有机污染物进行降解。经40多年的发展，研究人员掌握多种有效且能够应用于光催化分解的催化剂。其中Cu廉价且具有等离子共振效应可增强其他半导体光催化材料的可见光催化性能。同时Cu用于光催化领域的研究可作为一种合适的非贵金属用于替代贵金属，增强光催化活性，减少成本，为未来工业化提供新思路。

纳米氧化铜作为P型半导体，其禁带宽度较窄，同时易被可见光激发，并且其光化学性能稳定，无毒，价格低廉等优点，直接可利用可见光对污染物进行光催化降解，但是由于其纳米粒子容易团聚，在应用的时候常常受到限制。如何降低纳米半导体的团簇，是亟待解决的问题。

现有的CuO纳米复合材料制备技术，基本采用传统的水热合成法，合成过程需要持续加热数十个小时，反应成功率也相对较低，极大的消耗了电能。并且加热过程中反应釜受热不均匀导致各部分反应进程不相同，纳米颗粒会优先在各个界面生成并不断在原有颗粒上成核- 长大加剧了CuO纳米颗粒的团聚现象。因为团聚现象的发生会造成光催化过程中电子与空穴的结合，极大影响材料的催化性能光热转换性能以及导热性能，所以传统方法制备高性能材料的产率相对较低。

发明内容

本发明针对当下CuO复合光催化纳米材料制备周期长、能源消耗大以及CuO颗粒分布不均匀易团聚等问题特点，提供一种CuO复合光催化纳米材料及其高效制备方法，该CuO复合光催化纳米材料具有高光吸收率、高热导率及高光催化效率等特点。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种CuO复合光催化纳米材料，它为均匀紧密复合结构，以氧化石墨烯(GO)、羧基化多壁碳纳米管(C-MWCNT)等为载体，CuO为负载材料，载体材料与载体材料的质量比为 2:(1-8)。

按上述方案，所述CuO为纳米颗粒，其单个颗粒大小在20-80nm，聚集体大小在150-600 nm；氧化石墨烯为片状，片径500nm-5μm，单层的厚度为0.8-1.2nm；C-MWCNT的长度为10-30μm，管直径为20-30nm，羧基含量大于2wt％。

本发明所述的CuO复合光催化纳米材料的高效制备方法，包括如下的步骤：

(1)按照GO或C-MWCNT和CuO的质量比为2:(1-8)，准备GO或C-MWCNT和 Cu(AC)₂，备用；

(2)在溶剂去离子水中，加入GO或C-MWCNT，超声分散使其完全分散均匀，得到混合液A；将Cu(AC)₂、去离子水、NaOH和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)混合，得到混合液B；

(3)将混合液A滴加到混合物B中，水浴加热，得到前驱体溶液；

(4)将前驱体溶液置于反应釜中微波水浴加热，用乙醇、水溶液洗涤、过滤，收集固体产物即为高光吸收率CuO复合光催化纳米材料。