[发明专利]表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化钛表面修饰技术领域，具体涉及一种表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末及其制备方法。其中，铜氧化物量子点包括氧化亚铜量子点、氧化铜量子点或氧化亚铜和氧化铜量子点混合物。

背景技术

能源与环境是21世纪人类面临的重大问题，也是限制工业化进程的重要因素。在石油、煤炭等传统能源日益枯竭，生存环境不断恶化的今天，为了保证可持续发展得以顺利进行，人们对于来源丰富、环境友好型新能源的需要更为迫切。太阳能无疑是最为理想的能量来源，而二氧化钛具有价廉、无毒、电荷分离迅速、稳定性好等优势，成为了光电转化研究中众多半导体材料的首选。

要进一步提高二氧化钛光电转化的效率，必须解决两个技术难题：（1）二氧化钛的禁带宽度（～3.2eV）决定了它只能被小于380nm的紫外光所激发，而小于380nm的紫外光这部分能量只占到达地球表面太阳辐射的5%左右，因此需要拓宽二氧化钛对光谱的响应范围，提高太阳能特别是可见光区的利用率；（2）电荷载体间的快速复合导致量子产率通常不高于20%，这就使得太阳能的实际利用率只有约1%，所以提高光生电子和空穴对的有效分离、抑制复合也是提高二氧化钛光电转化效率的必要手段。

解决上述两个技术难题，通常可采用量子点（QDs）修饰二氧化钛的方法，量子点（QDs）修饰二氧化钛是基于半导体复合以及染料敏化两种方法而引伸出来的一种新型修饰手段，它通过将其中一种半导体制备成2-20nm之间的纳米晶粒，并有效结合至另一种半导体表面的特定位点，利用量子尺寸效应（量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象）来改变纳米晶粒的禁带宽度，从而改变样品的响应波长，利用量子点修饰的半导体太阳能电池也可称为量子点敏化太阳能电池（QDSC）。

然而，目前人们采用的量子点材料多为含有重金属元素的半导体，如硫化镉、硫化铅、硒化镉等，这些材料本身具有很强的生物毒性，对环境会产生较大的污染，不符合环境友好型材料的要求。因此，需要进一步寻找、开发低毒甚至无毒的新型量子点材料进行表面修饰二氧化钛粉末。

近来，人们利用铜类半导体修饰二氧化钛做了一些初步的研究工作。虽然目前光电性能的提高并不如传统量子点材料显著，但是这类物质的应用潜力是非常巨大的。首先，氧化亚铜（～2.4eV）的禁带宽度与硫化镉相似，并且导带位置与二氧化钛的导带接近；其次，人们在进行二氧化钛表面铜离子或氧化铜修饰时发现，只有铜含量非常低（<0.1wt%）的时候才会对二氧化钛的光催化活性有显著提高，这些都符合量子点的选择标准；更为重要的是，此类物质成本较低且毒性小得多。由上可知，如何利用含铜类半导体材料进行二氧化钛粉末表面修饰是亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明提供一种表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末及其制备方法，可以解决现有量子点修饰二氧化钛中量子点材料生物毒性大，对环境不友好的问题。

为达到上述技术目的，本发明所提出的表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末采用以下技术方案实现：

一种表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末，所述二氧化钛粉末的晶粒表面以量子点形成分布有高度分散有氧化亚铜、氧化铜中的至少一种，所述高度分散是指量子点的平均尺寸为1～100nm。

所述二氧化钛的钛源为锐钛矿型、金红石型、板钛矿型中的一种或两种或三种。

本发明所提出的表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末的制备方法采用以下技术方案实现：

一种基于本发明所述表面铜氧化物量子点修饰的二氧化钛粉末的制备方法，采用氯化亚铜饱和溶液沉积法，包括以下步骤：

（1）、室温下取过量氯化亚铜粉末投入超纯水中，超声使之分散后进行磁力搅拌，得到饱和氯化亚铜悬浊液；

（2）、将步骤（1）取得的饱和氯化亚铜悬浊液抽滤，取澄清滤液，即饱和氯化亚铜水溶液密封避光储备，并回收未溶解的氯化亚铜，用于重复制备饱和氯化亚铜水溶液；

（3）、预先将二氧化钛粉末在200～800℃下煅烧3小时，然后在室温下，将预先煅烧后的二氧化钛粉末投入异丙醇中，超声使之分散，得到二氧化钛-异丙醇悬浊液；

（4）、磁力搅拌下，将步骤（2）得到的饱和氯化亚铜水溶液滴加到步骤（3）得到的二氧化钛-异丙醇悬浊液中，分散均匀；

（5）、磁力搅拌下，向步骤（4）得到的二氧化钛-异丙醇悬浊液中滴加过量氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，搅拌下与氯化亚铜充分反应，得到表面沉积有氢氧化亚铜沉淀的二氧化钛悬浊液，继续搅拌10～60min；