一种复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及材料合成技术领域，更具体的是涉及复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.tio2作为半导体光催化剂，具有无毒、无污染、成本低、化学稳定性好、使用寿命长和光催化活性高等优点。因tio2带隙较宽(eg＝3.2ev)，对太阳光的利用率低，光生载流子的复合率较高而影响tio2多相光催化反应的应用，因此单一催化剂tio2催化效率低下，金属改性、非金属改性、金属共掺杂、非金属共掺杂和半导体复合(in2o
3-tio2，bi2moo6/tio2，tio2/zno，tio2/sno2，srtio3/tio2)等方法是改善tio2光催化性能的主要途径。其中半导体复合法因能够有效控制光生电子和空穴的复合，提高tio2的光催化活性而成为研究热点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：为了解决单一催化剂tio2催化效率低下的技术问题，本发明提供一种复合材料及其制备方法，在众多铜铁矿型氧化物中，cufeo2作为一种典型的铜铁矿型氧化物cufeo2拥有适当的吸光能力、良好的稳定性及相对高的电导率，它完全由地壳中的含量丰富的原子组成，它是少数几种具有p型行为的氧化物之一，且在还原条件下稳定，本发明向tio2中加入了具有铜铁矿结构的p-型半导体材料，对于光生电子-空穴对的复合具有很好的抑制作用，显著提高了tio2的光催化性能。
4.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种cufeo
2-tio2复合材料，所述cufeo
2-tio2复合材料由具有铜铁矿结构的p-型半导体材料cufeo2和tio2组成，其中fe(ⅲ)盐、cu(ⅱ)盐和ti摩尔比为1:1:1-3。
5.一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.(1)将fe(ⅲ)盐、cu(ⅱ)盐和钛酸某酯按照摩尔比1:1:1-3的比例加入到无水乙醇和醋酸的混合溶液中，用碱液调节混合溶液的ph为10-13，超声分散；
7.(2)向步骤(1)制备的混合液中滴加还原剂，继续剧烈搅拌；
8.(3)将步骤(2)盛有混合溶液的反应釜在一定温度下进行水热反应一段时间后，自然冷却、过滤并得到滤饼；
9.(4)将滤饼用去离子水和无水乙醇交替洗涤3～5次，再放入烘箱中干燥，滤饼干燥后置于马弗炉中煅烧一定时间，制得样品cufeo
2-tio2。
10.优选的，所述步骤(1)中，fe(ⅲ)盐是硫酸铁、硝酸铁、氯化铁、草酸铁其中的一种或者几种，cu(ⅱ)盐是硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、碘化亚铜、乙酸铜其中的一种或几种，钛酸某酯是钛酸四丁酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯其中的一种或几种，碱液是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾等具有碱性的物质其中的一种或几种。
11.优选的，所述步骤(1)中超声分散时间为30-120min。
12.优选的，所述步骤(2)中，还原剂是丙醛、联氨、柠檬酸、硼氢化钠其中的一种或几种。
13.优选的，所述步骤(2)中剧烈搅拌时间为30-90min。
14.优选的，所述步骤(3)中，将装有混合溶液的反应釜在120-240℃恒温条件下水热反应6-24h。
15.优选的，所述步骤(4)中，烘箱温度为50-100℃并对滤饼干燥4-8h。
16.优选的，所述步骤(4)中马弗炉内部以1-5℃/min的速率升温，当温度至400-600℃退火2-5h制得样品cufeo
2-tio2。
17.本发明的有益效果如下：
18.1.通过向tio2中加入具有铜铁矿结构的p-型半导体材料，对于光生电子-空穴对的复合具有很好的抑制作用，提高了tio2的光催化性能；
19.2.本发明cufeo2的加入，增加了tio2复合物的化学稳定性，提高了传质与传导的能力，该制备方法简单，适合于大规模生产。
20.3.本发明制备的cufeo
2-tio2复合材料与单独使用tio2对甲基橙进行降解，降解率提高了9.6％。
具体实施方式
21.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。。
22.下面结合实施例和对比例进一步说明本发明。
23.降解实验：
24.将0.2g的cufeo
2-tio2催化剂分散到50ml，100mg/l的甲基橙溶液中，将反应体系置于光化学反应仪中避光搅拌进行吸附，避光搅拌30min以达到吸脱附平衡后，用300w汞灯照射并开始计时，每隔10min取一次样，于λ＝464nm处测上清液吸光度，计算降解率。降解率的计算依据如下：
25.根据朗伯-比尔定律，将吸光度转化为浓度，计算光照前后甲基橙的浓度变化及其降解率(见下式)，并以此来评价cufeo
2-tio2的光催化活性。
26.η＝[(c
0-c
t
)/c0]
×
100％
[0027]
式中：η为甲基橙降解率，c0为光照前甲基橙溶液的浓度，c
t
为光照后甲基橙溶液的浓度。
[0028]
实施例：
[0029]
一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0030]
(1)称取2.0g硝酸铁及适量硝酸铜和钛酸四丁酯，将硝酸铁、硝酸铜和钛酸四丁酯按照摩尔比1:1:1的比例加入到200ml无水乙醇和醋酸的混合溶液中，无水乙醇和醋酸的体积比为1:1,用氢氧化钠溶液调节混合溶液的ph为10，超声分散30min；
[0031]
(2)向上述混合液中滴加1.5ml还原剂丙醛，继续剧烈搅拌30min；
[0032]
(3)将盛有混合溶液的反应釜在120℃下进行水热反应6h后，自然冷却，过滤；
[0033]
(4)过滤后洗涤，滤饼用去离子水和无水乙醇交替洗涤3～5次，后放入烘箱中50℃干燥4h，后置于马弗炉中煅烧以1℃/min的速率升温，至400℃退火2h之后，制得样品cufeo
2-tio2。
[0034]
将制备的样品进行光催化性能测试，其对甲基橙的降解率为89.10％。
[0035]
实施例2-4及对比例的制备方法和实施例1项目，只是部分实验条件不一致，具体实验条件见表1：
[0036]
表1
[0037]


技术特征：
1.一种cufeo
2-tio2复合材料，其特征在于：所述cufeo
2-tio2复合材料由具有铜铁矿结构的p-型半导体材料cufeo2和tio2组成，其中fe(ⅲ)盐、cu(ⅱ)盐和ti摩尔比为1:1:1-3。2.一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将fe(ⅲ)盐、cu(ⅱ)盐和钛酸某酯按照摩尔比1:1:1-3的比例加入到无水乙醇和醋酸的混合溶液中，用碱液调节混合溶液的ph为10-13，超声分散；(2)向步骤(1)制备的混合液中滴加还原剂，继续剧烈搅拌；(3)将步骤(2)盛有混合溶液的反应釜在一定温度下进行水热反应一段时间后，自然冷却、过滤并得到滤饼；(4)将滤饼用去离子水和无水乙醇交替洗涤3～5次，再放入烘箱中干燥，滤饼干燥后置于马弗炉中煅烧一定时间，制得样品cufeo
2-tio2。3.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，fe(ⅲ)盐是硫酸铁、硝酸铁、氯化铁、草酸铁其中的一种或者几种，cu(ⅱ)盐是硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、碘化亚铜、乙酸铜其中的一种或几种，钛酸某酯是钛酸四丁酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯其中的一种或几种，碱液是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾等具有碱性的物质其中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声分散时间为30-120min。5.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，还原剂是丙醛、联氨、柠檬酸、硼氢化钠其中的一种或几种。6.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中剧烈搅拌时间为30-90min。7.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将装有混合溶液的反应釜在120-240℃恒温条件下水热反应6-24h。8.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，烘箱温度为50-100℃并对滤饼干燥4-8h。9.根据权利要求2所述的一种cufeo
2-tio2复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中马弗炉内部以1-5℃/min的速率升温，当温度至400-600℃退火2-5h制得样品cufeo
2-tio2。

技术总结
本发明公开了一种复合材料及其制备方法，涉及材料合成技术领域，CuFeO


技术研发人员：王军 王军辉 窦小征 张析 王进龙 张龙军 李飞 焦晓斌 王鲁博 王源瑞 夏青 岳运盛
受保护的技术使用者：白银有色集团股份有限公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/1/21