[发明专利]一种氧化亚铜量子点/二氧化钛纳米管结构及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氧化亚铜量子点/二氧化钛纳米管结构及其制备方法和应用。制备方法为：在有机溶剂中，将模板剂、有机还原剂、二价铜盐和TiOsubgt;2/subgt;纳米管混合，加热搅拌，经离心、洗涤和干燥后，得到Cusubgt;2/subgt;O量子点/TiOsubgt;2/subgt;纳米管结构。该结构以Cusubgt;2/subgt;O为量子点，TiOsubgt;2/subgt;纳米管为多层纳米管。该纳米管结构应用的领域包括光催化、电催化或污染物控制。与现有技术相比，本发明Cusubgt;2/subgt;O量子点可以均匀的负载在TiOsubgt;2/subgt;纳多层纳米管结上，产物形貌结构均一。氧化亚铜和二氧化钛均具有较大的比表面积，同时作为p型半导体的Cusubgt;2/subgt;O和n型半导体的TiOsubgt;2/subgt;复合可以形成异质结构，二者通过协同作用可以更好的提高其光电催化方面的性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料领域，具体涉及一种氧化亚铜量子点/二氧化钛纳米管结构及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛是一种材料科学中研究最多的化合物之一。它是一种成本极低、化学惰性强，光稳定性良好的半导体材料。因其具有良好的物化特性，因此在“能源”和“环境”方面成为最有前途的材料之一，被广泛用于光电催化制氢、光催化还原二氧化碳、细菌灭活、染料降解等方面，其中以半导体光催化技术最为广泛。太阳能作为激发源，二氧化钛产生光身电子空穴对，光生电子具有高得还原性，空穴对具有强氧化性。同样地，二氧化钛为光催化材料也具有很显著的缺点。二氧化钛材料的光响应范围窄，对光的利用率低；带隙过宽，激发难度大；光生电子空穴对容易复合，降低催化活性等问题是目前的研究难题。

针对此难题，利用二氧化钛与窄带隙氧化亚铜，形成p-n异质结构。光生电子从氧化亚铜的导带流向二氧化钛的导带并聚集，空穴聚集在氧化亚铜的价带，抑制光生电子和空穴的快速复合，扩大光吸收范围，提高光催化活性。专利CN105040062A，Cu₂O纳米粒子敏化TiO₂纳纳米管阵列光电极的方法，通过电化学阳极氧化和电化学脉冲沉积技术将Cu₂O负载至TiO₂纳米管管口。专利CN106582641A，基于TiO₂的纳米异质结复合光催化材料及其制备，中提出利用铜钛合金制备TiO₂纳米管后再进行热处理退火形成Cu₂O颗粒。

尽管众多学者采用浸渍煅烧法、多步化学浴法、化学还原法和电化学沉积法等制备Cu₂O/TiO₂纳米管复合结构，但将Cu₂O负载至TiO₂纳米管用于光电催化仍面临以下问题：一是大量Cu₂O不能有效负载至TiO₂纳米管内部，而是在TiO₂纳米管顶部形成Cu₂O团簇；二是Cu₂O颗粒尺寸较大，无法在TiO₂纳米管上进行负载或负载量有限；三是Cu₂O负载至TiO₂纳米管内部的方法过于复杂，如化学还原法、电沉积法等，不适用于大规模化工业生产。因此，开发一种简单、低成本、适用于工业化生产和负载均匀的Cu₂O量子点/TiO₂纳米管结构的制备方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种产物形貌结构均一、可以更好的提高其光电催化方面性能的氧化亚铜量子点/二氧化钛纳米管结构及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：