CN106178941B - 一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用 - Google Patents

一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用，采用以下步骤制备而成：将五水氯化镉溶于去离子水中，然后按照五水氯化镉:巯基乙酸＝1:0.2～5的摩尔比逐滴加入巯基乙酸，并用NaOH溶液将pH值调节至碱性，再加入碲氢化钠溶液，加热回流1～24小时，制得量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液；按照异丙醇钛:碲化镉量子点溶液＝1:2～15的体积比将异丙醇钛溶于乙醇中，并逐滴加入所述碲化镉量子点溶液，再搅拌30分钟，并进行48小时的水浴加热，从而得到碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。本发明能够大幅提高在可见光照射下的光催化活性，从而提高了对太阳光的利用率，拓展了二氧化钛的应用范围，十分适合用于净化室内甲醛。

Description

一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用
技术领域
本发明涉及甲醛净化领域，尤其涉及一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用。
背景技术
随着生活水平的提高，各种现代化家具和大量新型装饰材料不断涌入室内，这些装饰材料和家具会在长达数年的时间内持续释放甲醛，这会给人体健康造成了极大危害。
目前，对甲醛进行净化的方法主要有吸附法、化学去除法和光催化降解法。与吸附法和化学去除法相比，光催化降解法具有功效持续时间长、不会产生二次污染、对环境和人体无害等特点，因此采用光催化降解法来净化甲醛越来越受到人们的关注。
在净化甲醛领域中，光催化降解法使用最多的光催化剂是二氧化钛，但单纯的二氧化钛禁带宽度较大，只有在紫外光激发下才能展现出光催化活性，而室内的紫外光较少，因此单纯的二氧化钛对太阳光的利用率很低，不适合直接用于净化室内甲醛。为了能更有效的利用可见光，人们提出了向二氧化钛中掺杂半导体材料的方法，但是现有技术中的二氧化钛与半导体的复合材料对太阳光利用率很低。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用，能够大幅提高在可见光照射下的光催化活性，从而提高了对太阳光的利用率，拓展了二氧化钛的应用范围，十分适合用于净化室内甲醛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料，采用以下步骤制备而成：
步骤A、在氮气保护环境下，按照每0.35g五水氯化镉使用300mL去离子水的比例，将五水氯化镉溶于去离子水中，然后按照五水氯化镉:巯基乙酸＝1:0.2～5的摩尔比逐滴加入巯基乙酸，并用NaOH溶液将该混合后液体的pH值调节至碱性，再按照五水氯化镉:碲氢化钠＝1:0.1～1的摩尔比加入碲氢化钠溶液，并加热回流1～24小时，从而制得了量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液；
步骤B、按照异丙醇钛:碲化镉量子点溶液＝1:2～15的体积比，将异丙醇钛溶于乙醇中，并逐滴加入步骤A中制得的量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液，再搅拌30分钟，并进行48小时的水浴加热处理，从而得到碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
优选地，所述的碲氢化钠溶液采用以下步骤制备而成：按照每1.2g硼氢化钠使用2mL去离子水和0.6g碲粉的比例，将硼氢化钠与去离子水和碲粉混合，并以80℃的水浴温度进行水浴加热，直至混合后的溶液变为无色透明，从而制得碲氢化钠溶液。
优选地，在所述的以180℃保温48小时后，先冷却至室温，再对得到的固体沉淀进行清洗和干燥，从而得到清洁干燥的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
上述技术方案中所述的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料用于净化室内甲醛。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料通过对五水氯化镉、巯基乙酸和碲氢化钠溶液三者比例关系以及加热回流时间进行控制，从而可以制得量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液；然后采用水浴加热法对量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液与异丙醇钛进行合成，从而可以使二氧化钛中掺杂粒径非常小的具有窄禁带半导体特性的碲化镉量子点；这些碲化镉量子点在可见光照射下可以产生大量能够迁移到二氧化钛上的光生电子，从而能够大幅提高二氧化钛在可见光照射下的光催化活性，这提高了对太阳光的利用率，拓展了二氧化钛的应用范围，十分适合用于净化室内甲醛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为单纯的二氧化钛以及本发明实施例2中制得的异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比分别为1:2、1:5、1:10、1:15的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料在日光灯下对室内甲醛的净化效果对比图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料进行详细描述。
一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料，采用以下步骤制备而成：
步骤A、在氮气保护环境下，按照每0.35g五水氯化镉使用300mL去离子水的比例，将五水氯化镉溶于去离子水中，然后按照五水氯化镉:巯基乙酸＝1:0.2～5的摩尔比逐滴加入巯基乙酸，并用1mol/L的NaOH溶液将该混合后液体的pH值调节至碱性，再按照五水氯化镉:碲氢化钠＝1:0.1～1的摩尔比加入碲氢化钠溶液，并加热回流1～24小时，从而制得了量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液。本发明通过对五水氯化镉、巯基乙酸和碲氢化钠溶液三者比例关系以及加热回流时间进行调控，可以使所制得的碲化镉量子点溶液的粒径在1～20nm内变化。
步骤B、按照异丙醇钛:碲化镉量子点溶液＝1:2～15的体积比，将异丙醇钛溶于乙醇中，并逐滴加入步骤A中制得的量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液，再搅拌30分钟，并进行水浴加热48小时，从而得到碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
具体地，上述步骤可以包括以下的具体实施方案：
(1)所述碲氢化钠溶液可采用以下步骤制备而成：按照每1.2g硼氢化钠使用2mL去离子水和0.6g碲粉的比例，将硼氢化钠与去离子水和碲粉混合，并以80℃的水浴温度进行水浴加热，直至混合后的溶液变为无色透明，从而制得碲氢化钠溶液。
(2)在所述的以180℃保温48小时后，先冷却至室温，再对得到的固体沉淀进行清洗(最好是先进行水洗再采用乙醇进行清洗)和干燥(最好是以80℃进行干燥)，从而得到清洁干燥的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
进一步地，与采用单纯的二氧化钛作为光催化剂相比，本发明所提供的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料通过对五水氯化镉、巯基乙酸和碲氢化钠溶液三者比例关系以及加热回流时间进行控制，从而可以制得量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液；然后采用水浴加热法对量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液与异丙醇钛进行合成，从而可以使二氧化钛中掺杂粒径非常小的具有窄禁带半导体特性的碲化镉量子点；这些碲化镉量子点在日光灯等可见光照射下可产生大量能够迁移到二氧化钛上的光生电子，从而能够大幅提高二氧化钛在可见光照射下的光催化活性。二氧化钛表面在光催化活性作用下出现大量空穴和光生电子，而二氧化钛表面吸附的空气中的水蒸气和氧气可以被这些空穴和光生电子氧化还原为羟基自由基和氧负离子，这些羟基自由基和氧负离子为甲醛的氧化提供了高活性的氧化剂，因此空气中的甲醛等有机物分子可以被降解为CO2、H2O等无机小分子物质，从而可以使空气中的甲醛得到净化。可见，本发明所提供的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料能够大幅提高二氧化钛在可见光照射下的光催化活性，从而提高了对太阳光的利用率，拓展了二氧化钛的应用范围，十分适合用于净化室内甲醛。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明提供的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料及其应用进行详细描述。
实施例1
一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料，采用以下步骤制备而成：
步骤A、用氮气对50mL的锥形瓶吹扫10分钟，然后称取1.2g硼氢化钠置于锥形瓶中，再加入2mL去离子水和0.6g碲粉，并以80℃的水浴温度进行水浴加热，直至混合后的溶液变为无色透明，即制得碲氢化钠溶液。
步骤B、在氮气保护环境下，将0.35g五水氯化镉溶于300mL去离子水中，然后按照五水氯化镉:巯基乙酸＝1:0.2～5的摩尔比逐滴加入巯基乙酸，并用1mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH值至碱性，再按照五水氯化镉:碲氢化钠＝1:0.1～1的摩尔比快速加入步骤A中制得的碲氢化钠溶液，并加热回流2小时，制得量子点粒径为5nm的碲化镉量子点溶液。
步骤C、将5mL异丙醇钛溶于20mL乙醇中，然后逐滴加入55mL步骤B中制得的碲化镉量子点溶液(即异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比为1:11)，并搅拌30分钟，再转移到100mL的反应釜中以180℃进行48小时的水浴加热；待反应釜冷却至室温后，对得到的固体沉淀进行水洗和乙醇洗，并以80℃进行干燥，从而即可得到清洁干燥的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
实施例2
分别以异丙醇钛:碲化镉量子点溶液＝1:2、1:5、1:10、1:15的体积比，并按照本发明实施例1中的制备步骤制得异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比分别为1:2、1:5、1:10、1:15的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
按照《室内空气净化功能涂覆材料净化性》(JC/T1074-2008)中描述的甲醛净化性能检测方法分别对以单纯的二氧化钛及本发明实施例2中制得的异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比分别为1:2、1:5、1:10、1:15的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料作为光催化剂进行甲醛净化效果检测，从而得到如图1所示的这些光催化剂在日光灯下对室内甲醛的净化效果对比图。如图1所示，曲线control HCHO表示未使用光催化剂进行净化的室内甲醛含量变化曲线(也就是基准对照曲线)，曲线TiO2表示以单纯的二氧化钛作为光催化剂进行净化的室内甲醛含量变化曲线，曲线1:15表示以本发明实施例2中制得的异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比为1:15的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料作为光催化剂进行净化的室内甲醛含量变化曲线，曲线1:10表示以本发明实施例2中制得的异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比为1:10的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料作为光催化剂进行净化的室内甲醛含量变化曲线，曲线1:5表示以本发明实施例2中制得的异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比为1:5的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料作为光催化剂进行净化的室内甲醛含量变化曲线，曲线1:2表示以本发明实施例2中制得的异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比为1:2的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料作为光催化剂进行净化的室内甲醛含量变化曲线。由图1可以看出：纯二氧化钛对甲醛的降解效率低，而掺杂了粒径为1～20nm碲化镉量子点的二氧化钛降解效率大幅提高，特别是异丙醇钛与碲化镉量子点溶液的体积比为1:5的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料，其降解室内甲醛的效率最佳。
综上可见，本发明实施例能够大幅提高在可见光照射下的光催化活性，从而提高了对太阳光的利用率，拓展了二氧化钛的应用范围，十分适合用于净化室内甲醛。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种碲化镉量子点/二氧化钛复合材料，其特征在于，采用以下步骤制备而成：
步骤A、在氮气保护环境下，按照每0.35g五水氯化镉使用300mL去离子水的比例，将五水氯化镉溶于去离子水中，然后按照五水氯化镉:巯基乙酸=1:0.2～5的摩尔比逐滴加入巯基乙酸，并用NaOH溶液将该混合后液体的pH值调节至碱性，再按照五水氯化镉:碲氢化钠=1:0.1～1的摩尔比加入碲氢化钠溶液，并加热回流1～24小时，从而制得了量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液；
步骤B、按照异丙醇钛:碲化镉量子点溶液=1:2～15的体积比，将异丙醇钛溶于乙醇中，并逐滴加入步骤A中制得的量子点粒径为1～20nm的碲化镉量子点溶液，再搅拌30分钟，并以180℃进行48小时的水浴加热处理，从而得到碲化镉量子点/二氧化钛复合材料；
所述的碲氢化钠溶液采用以下步骤制备而成：
按照每1.2g硼氢化钠使用2mL去离子水和0.6g碲粉的比例，将硼氢化钠与去离子水和碲粉混合，并以80℃的水浴温度进行水浴加热，直至混合后的溶液变为无色透明，从而制得碲氢化钠溶液。
2.根据权利要求1中所述的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料，其特征在于，在所述的以180℃进行48小时的水浴加热处理后，先冷却至室温，再对得到的固体沉淀进行清洗和干燥，从而得到清洁干燥的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料。
3.上述权利要求1至2中任一项所述的碲化镉量子点/二氧化钛复合材料用于净化室内甲醛。
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