一种二氧化钛复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于光催化剂，具体涉及一种二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能以其环境友好、重量能量密度高、可回收利用等优点近年来受到广泛关注。

2、光催化水裂解被认为是一种理想的绿色制氢技术，这种技术能够可持续地将阳光转化为h2。太阳能能够为人类提供足够的能量，如果能够更加有效的利用太阳能，将会减少对化石能源的需求。光催化分解水制氢是一种利用太阳能和光催化剂直接将水分解为氢气和氧气的技术，这种技术极大地利用了太阳能产生无污染的氢气能源，具有良好的应用前景。

3、为了实现高效的太阳能制氢，合适的光催化剂应满足析氢反应的几个要求：(1)光激发的vb空穴的氧化还原电位必须足够正，以便空穴可以充当电子受体；(2)光激发的cb电子的氧化还原电势必须比h2/还原产物氧化还原电对的电势更负；(3)成本较低。通过以上条件，发现具有足够带隙(1.45～3.3ev)以及可见光利用率(～43％的太阳光谱)的光催化剂具有高氧化还原能力，更适合光催化析氢反应的高氧化还原能力。因此寻找合适的半导体材料至关重要。

4、tio2作为光催化剂，其稳定性高，反应中不会发生光腐蚀或化学腐蚀；具有适合的禁带宽度，可以被紫外光激发；催化活性高，光生电荷具有足够强的氧化还原能力，备受科学家的关注。但是，tio2由于其较大的带隙(3.0～3.2ev)和光产生的电子空穴对的高速率复合，造成光电转化效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二氧化钛复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的二氧化钛复合材料具有较高的光电转化效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种二氧化钛复合材料，包括二氧化钛纳米片和负载在所述二氧化钛纳米片上的铜锌锡硫化物；

4、所述二氧化钛纳米片和铜锌锡硫化物形成异质结。

5、优选的，所述铜锌锡硫化物的负载质量百分含量为10～50％。

6、优选的，所述二氧化钛复合材料的粒径为200～800nm。

7、本发明还提供了上述技术方案所述的二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：

8、将铜盐、锡盐、锌盐、硫源、钛源和溶剂混合，得到悬浊液；

9、将所述悬浊液进行水热反应，得到前驱体材料；

10、将所述前驱体材料进行煅烧，得到所述二氧化钛复合材料。

11、优选的，所述铜盐包括五水合硫酸铜或二水合氯化亚铜；所述锡盐包括氯化亚锡；所述锌盐包括醋酸锌；所述硫源包括硫脲；所述钛源包括四氯化钛、钛酸四丁酯和异丙醇钛中的一种或几种。

12、优选的，所述铜盐、锡盐、锌盐和硫源的摩尔比为2：1：1：8；

13、所述溶剂包括水和无水乙醇；所述水和无水乙醇的体积比为1：1；

14、所述铜盐、锡盐、锌盐和硫源的总的物质的量和溶剂的用量比为：0.001～5mol：0.005～20l；

15、所述溶剂和钛源的体积比为0.4～4：0.1～1。

16、优选的，所述混合包括：将铜盐、锡盐、锌盐、硫源和溶剂进行第一搅拌混合，得到混合料液；将所述混合料液和钛源进行第二搅拌混合后，进行超声处理。

17、优选的，所述水热反应的温度为180～220℃，保温时间为20～28h。

18、优选的，所述煅烧的温度为300～500℃，保温时间为1～3h。

19、本发明还提供了上述技术方案所述的二氧化钛复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的二氧化钛复合材料在光催化水分解中的应用。

20、本发明提供了一种二氧化钛复合材料，包括二氧化钛纳米片和负载在所述二氧化钛纳米片上的铜锌锡硫化物；所述二氧化钛纳米片和铜锌锡硫化物形成异质结。本发明采用铜锌锡硫化物对二氧化钛纳米片进行掺杂改性，铜锌锡硫化物能够和二氧化钛形成高效的异质结，从而实现二氧化钛在表面和界面上的高效电荷分离，使得复合材料表现出良好的光吸收性能，促进了光生载流子的分离，提高了光电阳极的光电流密度和光电转化效率。

技术特征：

1.一种二氧化钛复合材料，其特征在于，包括二氧化钛纳米片和负载在所述二氧化钛纳米片上的铜锌锡硫化物；

2.根据权利要求1所述的二氧化钛复合材料，其特征在于，所述铜锌锡硫化物的负载质量百分含量为10～50％。

3.根据权利要求1所述的二氧化钛复合材料，其特征在于，所述二氧化钛复合材料的粒径为200～800nm。

4.权利要求1～3任一项所述的二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐包括五水合硫酸铜或二水合氯化亚铜；所述锡盐包括氯化亚锡；所述锌盐包括醋酸锌；所述硫源包括硫脲；所述钛源包括四氯化钛、钛酸四丁酯和异丙醇钛中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐、锡盐、锌盐和硫源的摩尔比为2：1：1：8；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合包括：将铜盐、锡盐、锌盐、硫源和溶剂进行第一搅拌混合，得到混合料液；将所述混合料液和钛源进行第二搅拌混合后，进行超声处理。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180～220℃，保温时间为20～28h。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为300～500℃，保温时间为1～3h。

10.权利要求1～3任一项所述的二氧化钛复合材料或权利要求4～9任一项所述的制备方法制备得到的二氧化钛复合材料在光催化水分解中的应用。

技术总结
本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种二氧化钛复合材料，包括二氧化钛纳米片和负载在所述二氧化钛纳米片上的铜锌锡硫化物；所述二氧化钛纳米片和铜锌锡硫化物形成异质结。本发明采用铜锌锡硫化物对二氧化钛纳米片进行掺杂改性，铜锌锡硫化物能够和二氧化钛形成高效的异质结，从而实现二氧化钛在表面和界面上的高效电荷分离，使得复合材料表现出良好的光吸收性能，促进了光生载流子的分离，提高了光电阳极的光电流密度和光电转化效率。

技术研发人员：陈燕鑫,李科贤,卢灿忠
受保护的技术使用者：厦门稀土材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17