專利名稱：一種CdS/TiO₂納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法，具體是指一種納米材料CdS/TiA空心微球的制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料由于其優(yōu)良的綜合性能，特別是其性能的可設(shè)計(jì)性被廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防、交通、體育等領(lǐng)域，納米復(fù)合材料則是其中最具吸引力的部分，近年來(lái)發(fā)展很快， 世界發(fā)達(dá)國(guó)家新材料發(fā)展的戰(zhàn)略都把納米復(fù)合材料的發(fā)展放到重要的位置。納米結(jié)構(gòu)的空心材料由于具有較大的內(nèi)部空間等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，及其與塊材相比具有比表面積大，密度小等優(yōu)異的性能，可作為催化劑、藥物載體、隔熱材料等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、制藥學(xué)等領(lǐng)域，其研究受到人們的廣泛關(guān)注。TiO2是一種重要的半導(dǎo)體光催化材料，它具有光催化降解有機(jī)物活性高，光化學(xué)穩(wěn)定，耐化學(xué)和光化學(xué)腐蝕及無(wú)毒等特性，而且效率較高，在常溫常壓下即可操作，太陽(yáng)光、 紫外光均可作為光源，并且可利用空氣作為催化劑，幾乎可以無(wú)選擇地氧化各種有機(jī)物。 TiO2雖然對(duì)光比較穩(wěn)定，但其帶隙較寬，光吸收僅限于紫外光區(qū)，尚達(dá)不到照射到地面太陽(yáng)光譜的10%，限制了太陽(yáng)光的利用。復(fù)合半導(dǎo)體的制備是目前提高TiO2光催化活性的常用而且很有效的途徑。CdS作為一種重要的半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化性能和發(fā)光性能，隨著尺寸的減小以及形貌的變化，納米結(jié)構(gòu)的禁帶寬度發(fā)生明顯的變化，表現(xiàn)出不同于塊材的、更加優(yōu)異的光電性能，因而在催化、非線性光學(xué)、光吸收、傳感器和磁性材料等新材料方面有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)的制備無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料cds/TiA空心微球的方法。一種CdS/TiA空心微球納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下(I)SiO2微球的制備取正硅酸乙酯和無(wú)水乙醇，在常溫下攪拌混合均勻，其中正硅酸乙酯與無(wú)水乙醇的體積比為1 6 15之間，記為A液；再取去離子水、無(wú)水乙醇、氨水在常溫下攪拌混合均勻，其中去離子水、無(wú)水乙醇、 氨水的體積比為1 2 3 6 12之間，記為B液；將上述A、B兩種分別配制的溶液混合，在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)3小時(shí)，得到二氧化硅微球溶膠，最后把溶膠經(jīng)無(wú)水乙醇、去離子水超聲離心循環(huán)清洗，得S^2微球；(2) Si02/CdS的制備將上述步驟(1)制備得到的SiA微球以0. 001g/mL的濃度超聲分散在去離子水中，形成S^2微球水溶液；往溶液中加入0. lmol/L檸檬酸鈉水溶液， 其中檸檬酸鈉水溶液與SiO2微球水溶液的體積比為1 15;用氨水調(diào)節(jié)溶液，使溶液的pH值為9. 5 10. 0之間；然后一次性加入0. lmol/L氯化鎘水溶液和0. lmol/L硫脲水溶液；其中，氯化鎘水溶液與SiO2微球水溶液的體積比為1 20，氯化鎘水溶液與硫脲水溶液的體積比為1 2;再用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至10. 5 11. 0之間，使混合溶液在65°C恒溫超聲下持續(xù)反應(yīng)1-2小時(shí)；反應(yīng)完成后，將所得產(chǎn)物用去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得Si02/CdS微球；(3)Si02/CdS/Ti02的制備以體積比為1 50量取鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇，在密封、常溫下攪拌混合均勻；取步驟O)中制備的SiA/CdS微球以0. 001g/mL的濃度超聲分散在無(wú)水乙醇中， 形成siA/cds微球乙醇溶液，然后再往siA/cds微球乙醇溶液中加入氨水且混合均勻；其中氨水與Si02/CdS微球乙醇溶液的體積比為1 50 66 ；將上述兩溶液混合，置于60°C恒溫反應(yīng)3 3. 5小時(shí)；反應(yīng)完成得SiA/cds/TiA微球溶膠，微球溶膠經(jīng)無(wú)水乙醇、去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得siA/cds/TiA微球；(4) CdSAiO2空心微球的制備將步驟(3)所得SiA/CdS/TiA微球置于lmol/L的 NaOH溶液中，在80°C條件下進(jìn)行反應(yīng)3 4小時(shí)，反應(yīng)完成后經(jīng)去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得cds/TiA空心微球。本發(fā)明中所制備的復(fù)合納米材料CdS/TiA空心微球?yàn)殡p層殼空心結(jié)構(gòu)；上述的步驟(2)是以SiO2微球?yàn)楹?，制備Si02/CdS核殼結(jié)構(gòu)；上述的步驟(3)為以SiA/CdS為核， 制備siA/cds/TiA核殼結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明制備過(guò)程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無(wú)需繁瑣制備。本發(fā)明采用新穎的合成思路制備無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料CdS/Ti02空心微球，工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高，亦可大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是用本發(fā)明制得的CdS/TiA空心微球的掃描電鏡圖片；圖2是用本發(fā)明制得的CdS/TiA空心微球的電子能譜；圖3是用本發(fā)明制得的CdS/TiA空心微球的高分辨透射電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1量取8ml正硅酸乙酯和90mL無(wú)水乙醇常溫下攪拌15min (記為A液)；量取20mL 去離子水、70mL無(wú)水乙醇和15-20mL氨水常溫下攪拌15min (記為B液)；待A、B兩種溶液混合均勻后，將A液加入B液中，在40°C下恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)3小時(shí)既得二氧化硅微球溶膠，小球經(jīng)多次無(wú)水乙醇與去離子水超聲清洗得S^2微球樣品。將適量單分散S^2微球超聲分散在300mL去離子水中，加入20mL的檸檬酸鈉，測(cè)溶液的pH值用氨水調(diào)節(jié)使其接近10. 00，然后一次性加入15mL的氯化鎘水溶液和30mL的硫脲水溶液，用氨水調(diào)節(jié)使混合溶液pH值在 10.5。反應(yīng)混合液在60°C恒溫磁力攪拌，持續(xù)1小時(shí)左右。反應(yīng)完成后，將所得產(chǎn)物用去離子水超聲離心循環(huán)清洗，既得分散性良好的Si02/CdS微球。量取適量鈦酸四丁酯與IOOmL 無(wú)水乙醇，密封常溫下攪拌15min (記為C液)；取適量的Si&/CdS微球置于IOOmL無(wú)水乙
4醇超聲，使Si02/CdS微球均勻分散于無(wú)水乙醇中(記為D液)，在D液中加入適量氨水，待混合均勻后，將C液加入D溶液中且置于60°C恒溫?cái)嚢杷″佒蟹磻?yīng)3小時(shí)。反應(yīng)完成后既得siA/cds/TiA微球溶膠，小球經(jīng)多次無(wú)水乙醇與去離子水超聲清洗得sio2/cds/TiA微球樣品。將SiA/CdS/TiA微球置于裝有l(wèi)mol/L的NaOH溶液的反應(yīng)釜中，在80°C下反應(yīng)。 反應(yīng)完成后經(jīng)去離子水反復(fù)多次超聲離心清洗既得CdS/Ti02S心微球。直接在掃描電鏡下觀察如圖1，可以發(fā)現(xiàn)大量納米空心微球生成。圖2的EDS分析表明空心納米微球含有Cd、 S、Ti、0、Si元素，其中Pt為測(cè)試時(shí)為增強(qiáng)物質(zhì)的導(dǎo)電性鍍?cè)谄浔砻娴碾s質(zhì)，C為測(cè)試用的導(dǎo)電膠，與樣品成分無(wú)關(guān)。圖3的HRTEM圖譜清楚表明納米空心微球具有致密的雙層空心結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，表明利用該方法所制備的納米空心微球具有極好的質(zhì)量。下表為各具體成份的情況
權(quán)利要求
1. 一種cds/TiA納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下(1)SiO2微球的制備取正硅酸乙酯和無(wú)水乙醇，在常溫下攪拌混合均勻，其中正硅酸乙酯與無(wú)水乙醇的體積比為1 6 15之間；再取去離子水、無(wú)水乙醇、氨水在常溫下攪拌混合均勻，其中去離子水、無(wú)水乙醇、氨水的體積比為1 2 3 6 12之間；將上述兩種分別配制的溶液混合，在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)3小時(shí)，得到二氧化硅微球溶膠，最后把溶膠經(jīng)無(wú)水乙醇、去離子水超聲離心循環(huán)清洗，得SiO2微球；(2)Si02/CdS的制備將上述步驟(1)制備得到的SW2微球以0.001g/mL的濃度超聲分散在去離子水中，形成S^2微球水溶液；往溶液中加入0. lmol/L檸檬酸鈉水溶液，其中檸檬酸鈉水溶液與SiO2微球水溶液的體積比為1 15;用氨水調(diào)節(jié)溶液，使溶液的PH值為9. 5 10. 0之間；然后一次性加入0. lmol/L氯化鎘水溶液和0. lmol/L硫脲水溶液；其中，氯化鎘水溶液與SiO2微球水溶液的體積比為1 20，氯化鎘水溶液與硫脲水溶液的體積比為1 2;再用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值至10. 5 11. 0之間，使混合溶液在65°C恒溫超聲下持續(xù)反應(yīng)1-2小時(shí)；反應(yīng)完成后，將所得產(chǎn)物用去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得SiA/CdS微球；(3)Si02/CdS/Ti02的制備以體積比為1 50量取鈦酸四丁酯、無(wú)水乙醇，在密封、常溫下攪拌混合均勻；取步驟O)中制備的SiA/CdS微球以0.001g/mL的濃度超聲分散在無(wú)水乙醇中，形成 Si02/Cds微球乙醇溶液，然后再往siA/cds微球乙醇溶液中加入氨水且混合均勻；其中氨水與Si02/CdS微球乙醇溶液的體積比為1 50 66 ；將上述兩溶液混合，置于60°C恒溫反應(yīng)3 3. 5小時(shí)；反應(yīng)完成得SiA/CdS/TiA微球溶膠，微球溶膠經(jīng)無(wú)水乙醇、去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得 siA/cds/Tio2 微球；(4)CdS/Ti02S心微球的制備將步驟(3)所得SiA/CdS/TiO^i球置于lmol/L的NaOH 溶液中，在80°C條件下進(jìn)行反應(yīng)3 4小時(shí)，反應(yīng)完成后經(jīng)去離子水離心超聲循環(huán)清洗，得 CdSAiO2空心微球。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法，具體是指一種納米材料CdS/TiO2空心微球的制備方法。本發(fā)明采用先制備SiO2微球樣品再制備分散性良好的SiO2/CdS微球，再將SiO2/CdS微球均勻分散于無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)反應(yīng)制備SiO2/CdS/TiO2微球溶膠，最后將SiO2/CdS/TiO2微球溶膠置于裝有NaOH溶液的反應(yīng)釜中反應(yīng)，可得CdS/TiO2空心微球。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無(wú)需繁瑣制備，工藝可控性強(qiáng)，易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高，亦可大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明在半導(dǎo)體光催化行業(yè)具有廣泛用途。
文檔編號(hào)B01J13/02GK102205224SQ20111010097
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者唐為華, 孟海麗, 崔燦, 李培剛, 王順利 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)