一种磁性Cu2O/Cu异质结材料的制备方法

本发明涉及复合纳米材料领域，特别涉及一种磁性cu2o/cu异质结材料的制备方法。

背景技术：

1、随着人类科技的高速发展，环境污染与防治已经成为全球性关注的重要问题，其中环境污染又以水污染最为严重，于是污水处理是当前各国科研工作者广泛关注的课题。废水处理的传统方法一般有吸附法、过滤法、沉淀法和电化学法，其传统处理在不同程度上都存在着处理速度缓慢、净化不彻底、耗资大和造成二次污问题，因此探索和研究更经济有效的防治环境污染的新方法是非常必要的。随着探索的深入，人们发现光催化氧化技术在处理废水污染的方法中是最有应用前景的一种，在半导体光催化剂存在的条件下，利用紫外光或可见光光照和空气可把很多生物难降解的有机污染物直接氧化分解为h2o和co2等小分子物质。

2、目前的光催化技术存在回收困难和可见光利用率低等问题，大家对半导体光催化剂研究最多是二氧化钛，但它作为光催化剂来降解有机污染物存在一定的局限性，因为它的带隙能级为3.2v，必须在紫外光下才能进行催化反应，对太阳光的利用率不足5％。于是大量科研工作者开始研究具有可见光响应的半导体光催化剂，氧化亚铜(cu2o)作为一种新型光催化剂走入人们的视野，氧化亚铜是一种新型的型半导体，带隙能为2.0～2.2ev，完全能在可见光光照下完成光降解。但是采用纳米级cu2o来降解生活污水的报道却半不多见，这是因为粒径小的氧化亚铜虽然比表面积大，光催化效率高，但是难以从污水中分离出来，容易造成二次污染。此外，cu2o较低的量子效率和光腐蚀性限制了它的进一步应用。

3、四氧化三铁(fe3o4)是一种反尖晶石的铁氧体材料，在有顺磁性四氧化三铁(材料复合时可利用外加磁场将催化剂从污水中分离出来，既可以将复合光催化剂回收重复利用，达到降解有害物质的目的，又不引起二次污染。半导体光催化技术是一种较新的环境净化技术，在环境保护方面有突出优点已获得人们广泛关注。

4、cn 113751009 a公开了一种芯鞘结构cu/cu2o-zno-fe3o4纳米复合材料，其在cu纳米线上均匀负载多层氧化物(cu2o、zno和fe3o4)的芯鞘结构光催化剂，其利用cu纳米线作为半导体材料之间传输电子的高效通道，引入zno与cu2o形成pn型异质结，实现光生载流子的分离。引入fe3o4提高体系的杀菌消毒性能。其缺陷在于，以铜纳米线作为载体，再负载氧化亚铜，接着负载氧化锌，最后负载四氧化三铁，多层负载，其结构复杂，光催化机理不明确，将具有可见光催化性能的氧化亚铜覆盖，fe3o4是绝缘体或半导体材料，不如纯铜(cu)具有良好的电导率，将其负载在材料表面这可能限制电子传输效率，也可能会降低其对于可见光的响应范围，影响其可见光降解性能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种磁性cu2o/cu异质结材料的制备方法。

2、一种磁性cu2o/cu异质结材料的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)制备fe3o4@msio2微球；

4、(2)在fe3o4@msio2微球表面负载cu/cu2o异质结，得到cu/cu2o@fe3o4@msio2。

5、优选地，所述磁性cu2o/cu异质结材料的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)制备fe3o4@msio2微球；

7、(2)在步骤(1)得到的fe3o4@msio2微球表面负载cu/cu2o异质结，得到cu/cu2o@fe3o4@msio2；

8、所述制备fe3o4@msio2微球步骤为：取fe(no3)3·9h2o和介孔二氧化硅微球于烧杯中，所述fe(no3)3·9h2o和介孔二氧化硅微球的质量比为(1-4):1，然后加入有机溶剂，之后磁力搅拌10-20min，再超声分散20-30min，将分散后的混合液转移至对位聚苯反应釜内衬，于220-260℃条件下反应18-30h后，冷却至室温后通过磁分离固体物质，所得产物采用无水乙醇洗涤5-6次后，将样品转移至真空干燥烘箱中于50-70℃烘干8-12h，收集得到fe3o4@msio2。

9、优选地，所述磁性cu2o/cu异质结材料的制备方法，包括如下步骤：

10、(1)制备fe3o4@msio2微球；

11、(2)在fe3o4@msio2微球表面负载cu/cu2o异质结，得到cu/cu2o@fe3o4@msio2；

12、所述在步骤(1)得到的fe3o4@msio2微球表面负载cu/cu2o异质结步骤为：称取cu(no3)3·3h2o和步骤(1)中制备的fe3o4@msio2于烧杯中，所述cu(no3)3·3h2o与fe3o4@msio2的质量比为(9.5-10)：1，然后加入有机混合溶剂中，室温超声分散20-30min，将分散后的混合液转移至对位聚苯反应釜内衬，于180-220℃条件下反应55-65min，冷却至室温后通过磁分离固体物质，所得产物采用无水乙醇洗涤5-6次后，将样品转移至真空干燥烘箱中于50-70℃烘干8-12h后收集，得到cu/cu2o@fe3o4@msio2。

13、最优选的，所述磁性cu2o/cu异质结材料的制备方法，包括如下步骤：

14、(1)制备fe3o4@msio2：取fe(no3)3·9h2o和介孔二氧化硅微球于烧杯中，所述fe(no3)3·9h2o和介孔二氧化硅微球的质量比为(1-4):1，然后加入有机溶剂，之后磁力搅拌10-20min，再超声分散20-30min，将分散后的混合液转移至对位聚苯反应釜内衬，于220-260℃条件下反应18-30h后，冷却至室温后通过磁分离固体物质，所得产物采用无水乙醇洗涤5-6次后，将样品转移至真空干燥烘箱中于50-70℃烘干8-12h，收集得到fe3o4@msio2；

15、(2)制备cu/cu2o@fe3o4@msio2：称取cu(no3)3·3h2o和步骤(1)中制备的fe3o4@msio2于烧杯中，所述cu(no3)3·3h2o与fe3o4@msio2的质量比为(9.5-10)：1，然后加入有机混合溶剂中，室温超声分散20-30min，将分散后的混合液转移至对位聚苯反应釜内衬，于180-220℃条件下反应55-65min，冷却至室温后通过磁分离固体物质，所得产物采用无水乙醇洗涤5-6次后，将样品转移至真空干燥烘箱中于50-70℃烘干8-12h后收集，得到cu/cu2o@fe3o4@msio2。

16、优选的，所述步骤(1)中fe(no3)3·9h2o与有机溶剂的质量体积比为。

17、优选的，所述步骤(1)有机溶剂选自二乙二醇、乙醇或乙二醇中的一种。

18、优选的，所述步骤(2)中有机混合溶剂为乙醇和乙二醇的混合液，所述乙醇和乙二醇的体积比为(1.5-2)：1。

19、优选的，所述(2)中fe3o4@msio2与有机溶剂的质量体积比为1g：(1-1.2)l。

20、本发明先以溶剂热法在介孔二氧化硅微球上负载磁性fe3o4，使材料具备磁性，再继续用溶剂热法在fe3o4@msio2表面通过控制反应条件负载cu2o/cu异质结，通过溶剂热法在介孔二氧化硅微球上先后负载fe和cu元素得到具有磁性的表面呈花簇状的cu/cu2o@fe3o4@msio2磁性异质结材料。

21、介孔二氧化硅具有大量微孔和介孔结构，具有高表面积，可以提供更多的负载位点，提高负载材料的分散性和均匀性，并提高负载材料和污染物的接触面积，有利于提高催化反应的效率。

22、磁性fe3o4的引入使磁性cu2o/cu异质结材料能够从污水中分离出来，避免造成二次污染。

23、cu2o/cu异质结材料对可见光和近红外光敏感，这使得它在可见光照射条件下表现出催化活性，适用于许多光催化应用。cu作为导电性良好的材料，有助于快速电子传输和分离，提高了催化效率。cu2o/cu界面的独特电子结构和电荷分布可促进反应进行，提高催化活性。

24、但是cu2o/cu异质结材料的缺点也很明显，cu2o可能会在催化反应中发生氧化还原反应，导致材料的稳定性降低。这可能需要在应用中采取措施来提高稳定性。cu2o/cu异质结的催化选择性受限于其电子结构，因此可能不适用于所有类型的催化反应。

25、本发明通过溶剂热法在介孔二氧化硅微球上负载磁性fe3o4，再继续用溶剂热法在fe3o4@msio2表面通过控制反应条件负载cu2o/cu异质结，得到表面呈花簇状的cu/cu2o@fe3o4@msio2磁性异质结材料。本发明以fe3o4@msio2为载体，在其表面负载cu/cu2o，不仅得到的得到的cu/cu2o@fe3o4@msio2磁性异质结材料具有独特的花簇状形貌，而且四氧化三铁作为载体，不会影响到cu/cu2o对光的吸收。此外，四氧化三铁是一种相对稳定的材料，可以提高整体氧化亚铜的稳定性，减少cu2o的光腐蚀，其也可以与cu2o/cu形成协同效应，提高催化性能。

26、本发明的有益效果为：

27、现有技术中多以铜作为基材在其表面负载氧化亚铜和四氧化三铁，鲜有在四氧化三铁表面负载cu2o/cu异质结，本发明通过简单的溶剂热法，在fe3o4@msio2表面负载了一层cu2o/cu异质结，其具有独特的呈花簇状的形貌，不仅制备方法简单，便于生产，并显示出了优异的稳定性和光催化降解污染物的性能。