[发明专利]一种氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化材料技术领域，提供了一种氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的复合材料含有由锐钛矿型二氧化钛纳米线和金红石型二氧化钛纳米线编织而成的二氧化钛纳米网，此种混合晶型二氧化钛相提高了光催化复合材料的催化反应活性。此外，氧化铜负载在二氧化钛纳米网表面，能够降低二氧化钛本身的带隙宽度，使得光生电子和空穴出现转移，光生电子转移至掺杂氧化铜上增加电荷分离效率，同时扩展光激发的能量范围，提高了光催化复合材料的催化活性。由于本发明的氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料具有优异的催化活性，使其能够用于光催化降解有机污染物领域。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

作为半导体光催化剂，TiO₂具有无毒、稳定性高、成本低、制备方法简便、不产生二次污染物的优点，被广泛应用于空气净化、废水净化、抗菌以及催化水生氢等领域。然而，二氧化钛纳米材料禁带宽度较宽(Eg＝3.2eV)，导致其只能吸收波长小于等于紫外光(387nm)的光线，对太阳光的利用率较低，且光生电子和空穴对在电场力作用下迁移时，容易再次复合，造成光生电子利用率降低，以至于TiO₂的实际应用范围受到限制，为了拓展TiO₂吸收光谱范围，以及抑制光生电子和空穴对的复合，可以通过负载氧化铜来改性。

制备氧化铜/二氧化钛复合材料的方法主要包括浸渍法和脉冲电沉积法。浸渍法使用氯化铜水溶液浸渍二氧化钛制备氧化铜/二氧化钛复合材料，该方法存在以下缺陷：首先，无定型的TiO₂在水中很容易碎裂脱落，其次热处理得到的氧化铜颗粒过大，且难以控制掺杂量，导致最终氧化铜/二氧化钛复合材料的催化活性提升有限。而脉冲电沉积法在一定电流下在二氧化钛的表面进行铜的沉积，可以通过调节电流电压来控制沉积量，但是沉积的铜稳定且不易脱落，使得氧化铜/二氧化钛复合材料的催化活性提升有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料催化活性高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料，包括钛基底，沉积在所述钛基底上的二氧化钛纳米网，所述二氧化钛纳米网由二氧化钛纳米线编织而成，所述二氧化钛纳米线包括锐钛矿型二氧化钛纳米线和金红石型二氧化钛纳米线；负载在所述二氧化钛纳米网表面的氧化铜。

本发明还提供了上述技术方案所述的氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

以钛基底作为阳极，铂片作为阴极，将所述阳极和阴极置于第一电解液中进行阳极氧化反应，得到二氧化钛纳米管阵列/钛基底复合材料；

将所述二氧化钛纳米管阵列/钛基底复合材料进行第一热处理，得到混合晶型二氧化钛纳米管/钛基底复合材料；

以所述混合晶型二氧化钛纳米管/钛基底复合材料为工作电极，以铂电极为对电极，以银/氯化银电极为参比电极，在含铜离子的电解液中进行电沉积，得到电沉积复合材料；

将所述电沉积复合材料进行第二热处理，得到所述氧化铜掺杂混合晶型二氧化钛纳米管光催化复合材料。

优选地，所述第一电解液为含有氟化铵的乙二醇水溶液；所述第一电解液中氟化铵的含量为0.5～0.6wt％，水的含量为5～5.5vol％。

优选地，所述阳极氧化反应的条件包括：电压为58～62V，电极间距为 6～8cm，温度为23～27℃，时间为118～122min。