SiO₂纳米棒/CdS的制备方法

专利名称：SiO₂纳米棒/CdS的制备方法
技术领域：
本发明涉及无机纳米复合材料与功能材料技术领域,尤其是SiO2纳米棒/CdS复合材料制备方法。
背景技术：
利用半导体光催化分解水制氢是太阳能光化学存储的理想途径之一。在众多光催化剂中，TiO2> SrTiO3等氧化物半导体性能稳定、价廉无毒，研究较为深入，但这些半导体材料带隙较宽，仅吸收紫外光，太阳能利用率低。硫化物半导体也一直受到广泛的关注，在众多硫化物中，CdS禁带宽度小(Eg=2.4eV)，对可见光有很好的响应，若将硫化物半导体负载于高比表面积载体上，利用载体与活性组分之间的强相互作用，可以减少纳米粒子的团聚，增加有效的反应活性位。另外，还可以通过调变负载活性组分的组成和结构，来灵活控制复合材料的光、电和催化等性能。由于在光催化反应中，CdS的阳极分解电势仅是0.32V，很容易发生光腐蚀现象，降低了光催化效率，限制了其实际应用。SiO2具有良好的分散性和耐腐蚀性，通过复合SiO2可降低CdS在光催化反应中发生光腐蚀，从而提高CdS的光催化效率。目前，有关Si02/CdS复合纳米材料的制备的报道层出不穷，如美国《材料化学》(Chemistry of Materials, 2002 年,第 14 卷,第 2900-2904 页)报道了一种新型的单一的前驱体CdtS2CNRR ' ]2制备Si0 2/CdS复合纳米材料；申请号为200610049090的专利《一种二氧化娃介孔材料-硫化镉复合纳米材料的制备方法》；《广西大学学报》(Journal ofGuangxi University (Nat Sci Ed) 2007 年，第 32 卷，第 2 期，第 147-149 页)报道了一种“核壳结构CdS/Si02纳米颗粒的制备”；申请号为201210256129.X的专利发明了《一种制备介孔Si02/CdS复合纳米球的方法》。但未见SiO2纳米棒/CdS制备方法的报道。凹凸棒石黏土是一种天然纳米材料，具有特殊纤维状晶体结构形态的含水链层状镁铝硅酸盐矿物，有较大的比表面积和丰富的纳米孔道。经过酸化处理后，所得的SiO2却保留着凹凸棒石黏土的棒状晶体结构，适合用作载体。其报道见申请号为02148523.2的专利《以凹凸棒石粘土生产纳米棒状活性二氧化硅的方法》。因此，本专利采用水热法成功将CdS纳米颗粒负载于SiO2纳米棒。

发明内容
本发明涉及以凹凸棒石黏土、镉盐、Na2S为主要原料，盐酸(36-38%)为溶剂，采用水热法制备无机纳米复合材料SiO2纳米棒/CdS的方法，有如下工艺步骤:采用酸处理方法，将凹凸棒石改性为活性SiO2纳米棒，然后以活性SiO2纳米棒为载体，以镉盐为镉源、Na2S为硫源，以EDTA等为模板剂，利用水热法制备SiO2纳米棒/CdS复合材料。所述的SiO2纳米棒/CdS复合材料制备方法，其中的活性SiO2纳米棒制备原料为凹凸棒石黏土；
所述的方法，其中酸处理过程所用的盐酸溶液体积为200mL，浓度为Vaig:V#=1:1，油浴温度为120°C，回流时间为4h ；所述的方法，镉源为醋酸镉、氯化镉、硝酸镉、硫酸镉中的任一种，硫源为Na2S，其摩尔比 ncd:ns=l:1 1: 1.5 ;所述的制备方法中，模板剂为EDTA，PVP, P123，CTAB, F127中的任一种；所述的制备方法中，活性SiO2纳米棒、反应生成的CdS、模板剂的质量比为1:1:1 1:3:2，水热温度为100-150°c，水热时间为2_4h。本发明制备的SiO2纳米棒/CdS复合纳米材料可广泛应用于环境污染治理、光催化功能材料制备等领域。


图1为凹凸棒石黏土酸化处理后的XRD谱图。图2为SiO2纳米棒/CdS复合纳米材料的XRD谱图。图3为SiO2纳米棒/CdS复合纳米材料的TEM照片。
具体实施例方式实施例1:取4.0OOOg凹凸棒石黏土，溶于200mL盐酸溶液中，加热回流4h，加热温度为120°C。随后真空蒸发干燥得活性Si02。接着取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯内衬内，并依次加入模板剂EDTA、CdCl2、Na2S，质量分别为1.2000g、l.3960g、0.6536g，在120°C水热2h。最后洗涤，干燥，得复合材料。对所得样品进行X射线粉末衍射实验，并在透射电镜下观察其形貌和结构。 按照实施例1的工艺参数制得的SiO2纳米棒的XRD图谱如图1所示。在制备的SiO2图谱中存在明显的SiO2的特征衍射峰，说明凹凸棒石黏土经酸化处理制得了 SiO2纳米棒。SiO2纳米棒/CdS样品的XRD、TEM如图2、3所示。从图中可以看出，复合材料中有CdS、SiO2存在，且CdS颗粒负载在SiO2纳米棒表面，颗粒直径约10-20nm。实施例2:改变凹凸棒石黏土为4.000(^，溶于2001^盐酸溶液中，加热回流411，力口热温度为120°c。随后真空蒸发干燥得活性Si02。接着取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯内衬内，并依次加入模板剂PVP、CdCl2' Na2S，质量分别为1.0OOOgU.2690g、0.5401g，在100°C水热2h。最后洗涤，干燥，得复合材料。后续检测如实施例1。实施例3:取4.0OOOg凹凸棒石黏土，溶于200mL盐酸溶液中，加热回流4h，加热温度为120°C。随后真空蒸发干燥得活性Si02。接着取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯内衬内，并依次加入模板剂P123、CdCl2、Na2S，质量分别为L 5000g,2.5380g、L 2964g，在130°C水热3h。最后洗涤，干燥，得复合材料。后续检测如实施例1。实施例4:改变凹凸棒石黏土为4.0OOOg,溶于200mL盐酸溶液中，加热回流4h，加热温度为120°c。随后真空蒸发干燥得活性Si02。接着取1.0OOOg SiO2研磨移入聚四氟乙烯内衬内，并依次加入模板剂CTAB、CdCl2、Na2S，质量分别为2.0000g、3.8070g、2.1066g，在140°C水热4h。最后洗涤，干燥，得复合材料。后续检测如实施例1。实施例5:改变凹凸棒石黏土为4.000(^，溶于2001^盐酸溶液中，加热回流411，力口热温度为120°c。随后真空蒸发干燥得活性Si02。接着取1.0000g SiO2研磨移入聚四氟乙烯内衬内，并依次加入模板剂F127、CdCl2、Na2S,质量分别为2.0000g、2.5380g、1.6204g,在150°C水热4h。最后洗涤，干燥，得复合材料。后续检测如实施例1。
权利要求
1.SiO2纳米棒/CdS复合材料制备方法，其特征在于步骤为:采用酸处理方法，将凹凸棒石改性为活性SiO2纳米棒，然后以活性SiO2纳米棒为载体，以镉盐为镉源、Na2S为硫源，和模板剂一起，利用水热法制备SiO2纳米棒/CdS复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的活性SiO2纳米棒制备原料为凹凸棒石黏土。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，酸处理过程所用的盐酸溶液体积为200mL，浓度为V盐酸:V水=1: 1，油浴温度为120°C，回流时间为4h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述镉源为醋酸镉、氯化镉、硝酸镉、硫酸镉中的任一种，硫源为Na2S，其摩尔比ncd:ns=l:1 1:1.5。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述模板剂为EDTA，PVP,P123，CTAB, F127中任一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的活性SiO2纳米棒、反应生成的CdS、模板剂的质量 比为1:1:1 1:3:2，水热温度为100-150°c，水热时间为2_4h。
全文摘要
本发明涉及一种制备SiO2纳米棒/CdS复合材料的方法，特征是采用了凹凸棒石黏土经酸化处理后得到的活性SiO2纳米棒为载体，镉盐为镉源，Na2S为硫源，以EDTA等为模板剂在水热条件下反应，即得SiO2纳米棒/CdS复合材料。本发明制备的SiO2纳米棒/CdS复合纳米材料可广泛应用于环境污染治理、光催化功能材料制备等领域。
文档编号B82Y40/00GK103241766SQ20131016406
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者李霞章, 胡宗林, 孟英芹, 陆晓旺, 赵晓兵, 姚超, 陈志刚 申请人:常州大学