一种FTO/CuO纳米线及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种掺杂的半导体材料的制备，尤其涉及一种fto/cuo纳米线及其制备方法和应用。

背景技术：

纳米结构，由于其有趣的特性和独特的应用，一直以来都是学者们深入研究的主题。纳米cuo是一种多功能材料。当cuo颗粒尺寸小到纳米级(1-100nm)时，其表面原子数、比表面积和表面能等均随着粒径的减小而急剧增加，从而表现出小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，具有良好的光学性质、磁性、催化性能等。但是目前对具有不同形貌和尺寸的cuo材料的研究和应用已经在许多领域不能满足日益扩大的要求了。为了拓展cuo的性能，改性或与其他元素进行掺杂的方法是合成cuo复合材料的一种有效途径，尤其是与金属元素的掺杂。在近十年来已经合成了许多cuo复合材料，cuo复合材料可以表现出单个材料所不具备的新的化学和物理性质，这可能会在许多技术应用中产生新颖的性能。在复合材料中，对金属元素掺杂的cuo的研究和应用在光电催化领域有着广泛的应用。

复合半导体纳米材料与未掺杂或者未改性材料相比，由于其在电学、光学、热学和力学性能上的显著性质，而吸引了广泛的关注。随着纳米科学与技术的进一步发展，复合半导体纳米材料也广泛应用光电化学性能的研究。

技术实现要素：

本发明提供了一种fto/cuo纳米线及其制备方法和应用，该材料有望用于光解水制氢。

本发明的第一个目的是提供fto/cuo纳米线的制备方法，包括以下步骤：

（1）将导电玻璃清洗干净并吹干；

（2）将pvp溶于去离子水中，搅拌至澄清，依次加入尿素、酒石酸钠，再加入硫酸铜，搅拌得混合溶液，将混合溶液与步骤（1）得到的导电玻璃转移至聚四氟乙烯反应内衬，在120℃的条件下反应24小时，然后冷却至室温，洗涤烘干后，得到固体薄膜样品；

（3）将步骤（2）得到的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，得到fto/cuo纳米线。

作为优选，步骤（2）中各组分的用量比为：pvp：尿素：酒石酸钠：硫酸铜=0.001-0.002mol：0.03-0.04mol：0.03-0.04mol：0.01-0.03mol。

作为进一步优选：步骤（2）中各组分的用量比为：pvp：尿素：酒石酸钠：硫酸铜=0.002mol：0.03mol：0.03mol：0.01mol。

作为优选，步骤（2）中所述烘干是在80℃烘干10小时。

本发明的第二个目的是提供一种fto/cuo纳米线，使用上述任一所述的方法制备。

本发明的第三个目的是提供fto/cuo纳米线在光解水析氢中的应用。

作为优选，是将fto/cuo纳米线在电解液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

本发明成功地制备了cuo纳米线，提高了cuo纳米线的表面积和载流子浓度，并保持了退火前后材料形貌的一致性，该材料有望用于光解水制氢。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为针对实施例1为本发明得到的fto/cuo纳米线在退火前的扫描电子显微镜图；

图2为针对实施例1为本发明得到的fto/cuo纳米线在退火后的扫描电子显微镜图；

图3为针对实施例1为本发明的fto/cuo纳米线的xrd衍射图；

图4为针对实施例1为本发明的fto/cuo纳米线的光解水的应用图。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为市售。

本发明的制备fto/cuo纳米线的步骤如下：

（1）首先将导电玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方块，先用洗涤剂洗三次，每次在超声波中超声20min，除去表面油污，然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次，每次20min。最后用无水乙醇超声洗三次，之后用氮气吹干，密封保存备用。

（2）将0.001-0.002molpvp(聚乙烯吡咯烷酮)溶于140ml去离子水中，将此溶液搅拌至澄清，依次加入0.03-0.04mol尿素、0.03-0.04mol酒石酸钠，然后缓慢的加入0.01-0.03mol硫酸铜至以上溶液，接着搅拌1小时，然后将此混合溶液与一片步骤（1）得到的fto全部转移至聚四氟乙烯反应内衬，在120℃的条件下反应24小时，然后冷却至室温，去离子水反复洗涤后，在80℃烘箱内烘干10小时，最终得到固体薄膜样品。

pvp作为一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用。

尿素是沉淀剂。

酒石酸钠在120℃时失去结晶水，再加热则分解。灼烧时散发出糖燃烧的气味，其残渣(灰分)呈强碱性，遇酸产生泡沫。

由于硫酸铜极易溶于水，因此易电离出铜离子，又由于溶液中存在碱性气体，因此发生了cu²⁺+2nh3·h2o=cu(oh)2↓+2nh4⁺然后，由于是120℃的条件下反应24小时，因此，氢氧化铜脱水最后生成fto/cuo前驱体。

（3）将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，最终得到fto/cuo纳米线。

（4）将已经得到的fto/cuo纳米线在电解液为0.5mna2so4溶液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

实施例1

本发明的制备fto/cuo纳米线的步骤如下：

（1）首先将导电玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方块，先用洗涤剂洗三次，每次在超声波中超声20min，除去表面油污，然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次，每次20min。最后用无水乙醇超声洗三次，之后用氮气吹干，密封保存备用。

（2）将0.002molpvp溶于140ml去离子水中，将此溶液搅拌至澄清，依此加入0.03mol尿素、0.03mol酒石酸钠，然后缓慢的加入0.01mol硫酸铜至以上溶液，接着搅拌1小时，然后将此混合溶液与一片步骤（1）得到的fto全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时，在120℃的条件下，然后冷却至室温，去离子水反复洗涤后，在80℃烘箱内烘干10小时，最终得到固体薄膜样品。对得到的固体薄膜样品用扫描电子显微镜进行扫描，结果见图1。

图1为实施例1得到的fto/cuo纳米线在退火前的扫描电子显微镜图，即步骤2获得的固体薄膜样品的扫描电子显微镜图。由图我们可以看出一层均匀的纳米线被生长在fto的表面，并且该纳米线的尺寸均一。

（3）将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，最终得到fto/cuo纳米线。对得到的fto/cuo纳米线用扫描电子显微镜进行扫描，结果见图2。

图2为实施例1得到的fto/cuo纳米线在退火后的扫描电子显微镜图，即步骤3获得的fto/cuo纳米线的扫描电子显微镜图。从图可得，退火前后对于形貌基本上没有改变，而且该纳米线表面是光滑的。

图3为实施例1的fto/cuo纳米线的xrd衍射图，其出峰与文献是一致的，属于标准卡片的jcpds(801917)。

（4）将已经得到的fto/cuo纳米线在电解液为0.5mna2so4溶液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

图4为实施例1的fto/cuo纳米线的光解水的应用图，由图可以看出，在模拟太阳光的照射下，材料氧化铜很好地进行了光解水生成氢气与氧气，由此图可看出，这种材料可以应用于光解水，这也就有利于利用太阳能，同时，产氢能，环保节能。

实施例2

本发明的制备fto/cuo纳米线的步骤如下：

（1）首先将导电玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方块，先用洗涤剂洗三次，每次在超声波中超声20min，除去表面油污，然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次，每次20min。最后用无水乙醇超声洗三次，之后用氮气吹干，密封保存备用。

（2）将0.001molpvp溶于140ml去离子水中，将此溶液搅拌至澄清，依此加入0.04mol尿素、0.03mol酒石酸钠，然后缓慢的加入0.01mol硫酸铜至以上溶液，接着搅拌1小时，然后将此混合溶液与一片步骤（1）得到的fto全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时，在120℃的条件下，然后冷却至室温，去离子水反复洗涤后，在80℃烘箱内烘干10小时，最终得到固体薄膜样品。

（3）将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，最终得到fto/cuo纳米线。

（4）将已经得到的fto/cuo纳米线在电解液为0.5mna2so4溶液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

实施例3

本发明的制备fto/cuo纳米线的步骤如下：

（1）首先将导电玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方块，先用洗涤剂洗三次，每次在超声波中超声20min，除去表面油污，然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次，每次20min。最后用无水乙醇超声洗三次，之后用氮气吹干，密封保存备用。

（2）将0.001molpvp溶于140ml去离子水中，将此溶液搅拌至澄清，依次加入0.03mol尿素、0.04mol酒石酸钠，然后缓慢的加入0.01mol硫酸铜至以上溶液，接着搅拌1小时，然后将此混合溶液与一片步骤（1）得到的fto全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时，在120℃的条件下，然后冷却至室温，去离子水反复洗涤后，在80℃烘箱内烘干10小时，最终得到固体薄膜样品。

（3）将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，最终得到fto/cuo纳米线。

（4）将已经得到的fto/cuo纳米线在电解液为0.5mna2so4溶液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

实施例4

本发明的制备fto/cuo纳米线的步骤如下：

（1）首先将导电玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方块，先用洗涤剂洗三次，每次在超声波中超声20min，除去表面油污，然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次，每次20min。最后用无水乙醇超声洗三次，之后用氮气吹干，密封保存备用。

（2）将0.001molpvp溶于140ml去离子水中，将此溶液搅拌至澄清，依次加入0.03mol尿素、0.035mol酒石酸钠，然后缓慢的加入0.015mol硫酸铜至以上溶液，接着搅拌1小时，然后将此混合溶液与一片步骤（1）得到的fto全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时，在120℃的条件下，然后冷却至室温，去离子水反复洗涤后，在80℃烘箱内烘干10小时，最终得到固体薄膜样品。

（3）将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，最终得到fto/cuo纳米线。

（4）将已经得到的fto/cuo纳米线在电解液为0.5mna2so4溶液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

实施例5

本发明的制备fto/cuo纳米线的步骤如下：

（1）首先将导电玻璃（fto）裁成2.5cm×1.5cm的大小的方块，先用洗涤剂洗三次，每次在超声波中超声20min，除去表面油污，然后分别用蒸馏水和去离子水超声三次，每次20min。最后用无水乙醇超声洗三次，之后用氮气吹干，密封保存备用。

（2）将0.0015molpvp溶于140ml去离子水中，将此溶液搅拌至澄清，依此加入0.035mol尿素、0.03mol酒石酸钠，然后缓慢的加入0.03mol硫酸铜至以上溶液，接着搅拌1小时，然后将此混合溶液与一片步骤（1）得到的fto全部转移至聚四氟乙烯反应内衬反应24小时，在120℃的条件下，然后冷却至室温，去离子水反复洗涤后，在80℃烘箱内烘干10小时，最终得到固体薄膜样品。

（3）将已经制备好的固体薄膜样品在550℃煅烧3小时，最终得到fto/cuo纳米线。

（4）将已经得到的fto/cuo纳米线在电解液为0.5mna2so4溶液中，利用lsv技术，在模拟太阳光的照射下，进行光解水。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。