本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，利用水熱法和機(jī)械攪拌法兩步合成C₆₀與鈦酸鍶復(fù)合光催化劑，可用于可見光下降解四環(huán)素。

背景技術(shù)：

目前，隨著人類社會的不斷發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高、科技水平的不斷進(jìn)步的同時，當(dāng)代資源和生態(tài)環(huán)境也日益突出，向人類提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?？沙掷m(xù)發(fā)展已經(jīng)成為現(xiàn)代社會必須選擇的道路，而其面臨的兩大挑戰(zhàn)是能源問題和環(huán)境問題，太陽能作為一種可再生能源，具有資源豐富、廉價、清潔、對環(huán)境無任何污染，是實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。而現(xiàn)階段，利用太陽能作為能源，使用光催化技術(shù)降解有機(jī)污染物和光催化分解水制氫成為了近幾年的研究熱點。我們知道，在太陽光譜中,紫外光僅占5％，而可見光的比例卻高達(dá)43％，因此，開發(fā)出可實際應(yīng)用的可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體光催化劑是當(dāng)前光催化研究領(lǐng)域的熱點問題。

最近，研究較多的鈣鈦礦型化合物有很多，SrTiO₃是其中之一，由于SrTiO₃具有化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、能與環(huán)境友好相處等眾多優(yōu)點，得到了科研人員越來越多的關(guān)注；SrTiO₃在特定條件下，可以實現(xiàn)光催化分解水制得氫氣和氧氣，因此證明其具有良好的電子-空穴對分離和傳輸特性。目前，SrTiO₃在光催化降解污染物方面的研究已經(jīng)被大量報道；但是，SrTiO₃的帶隙寬度為3.2eV，如此寬的帶隙只能夠吸收紫外光。為了提高SrTiO₃對太陽能的利用率，近些年來發(fā)現(xiàn)，通過有機(jī)物的負(fù)載的方法可以有效的提高其光催化性能，由于它能夠有效地提高光生電子-空穴對的分離。另一方面，C₆₀分子點群為I_h，擁有五重對稱性，C₆₀分子中60個碳原子完全等價，由于球面彎曲效應(yīng)和五元環(huán)的存在，使得碳原子的雜化方式在石墨晶體中SP²和金鋼石中SP³雜化之間。又由于C₆₀的高度對稱的共軛大π鍵體系和C原子的錐形排列方式，使得C₆₀發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，有效的抑制了光生載流子的復(fù)合。因此本次研究中，我們采用C₆₀負(fù)載在SrTiO₃光催化劑表面，拓展SrTiO₃光催化劑的響應(yīng)范圍，使之有效實現(xiàn)可見光響應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的一種可見光響應(yīng)的C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：稱取1.60mmol Sr(OH)₂·8H₂O和1.87mmol的TiO₂作為前驅(qū)液加入到17mL的去離子水中劇烈攪拌,隨后加入1.05g的KOH,攪拌直至KOH完全溶解。

步驟2：將上述溶液裝入到20mL的高溫反應(yīng)釜中，150℃條件下反應(yīng)72h.待反應(yīng)完成后冷卻，得到的樣品用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌數(shù)次，然后在80℃干燥箱內(nèi)干燥得到所需的SrTiO₃粉末。

步驟3：將C₆₀加入甲苯溶液中，超聲后加入SrTiO₃粉末，再將混合溶液在室溫下攪拌均勻后將混合溶液烘干，得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料中，C₆₀與/SrTiO₃的質(zhì)量比為0.006-0.03:1。

進(jìn)一步地，C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料中，C₆₀與/SrTiO₃的質(zhì)量比為0.018:1。

進(jìn)一步地，超聲時間為30min。

進(jìn)一步地，在室溫下攪拌的時間為24h。

進(jìn)一步地，烘干指放入80℃的干燥箱里烘干5h。

本發(fā)明中C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料由X射線衍射(XRD)確定，如圖1，XRD中SrTiO₃的特征峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片21-1272完全符合；隨著C₆₀投料量的不斷增加，并沒有異于銳鈦礦相的SrTiO₃的衍射峰的出現(xiàn)，然而各衍射峰的強(qiáng)度卻在逐漸降低，這也就表明C₆₀的引入雖然不會影響SrTiO₃結(jié)晶行為，卻在某種程度上影響了SrTiO₃晶格的有序性。該譜圖也可以表明C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料成功制備。

C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料的組成由透射電鏡(TEM)、高倍透射電子顯微鏡(HRTEM)等方法對形貌及化學(xué)組成等性質(zhì)進(jìn)行了表征。如圖2，通過圖2D我們可以明顯的觀察到C₆₀的晶格條紋，進(jìn)一步證明了得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一個目的：一、提供制備得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料的試驗方法；二、將C₆₀/SrTiO₃作為光催化材料用于可見光下光催化降解有機(jī)染料污水。

有益效果

利用簡單快速的合成法所制備的C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料，在可見光下降解四環(huán)素顯示出優(yōu)異的光催化活性；本發(fā)明工藝非常簡單，價廉易得，成本低廉，反應(yīng)時間較短，從而減少了能耗和反應(yīng)成本，便于批量生產(chǎn)，無毒無害，符合環(huán)境友好要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1-5所制備樣品的X-射線衍射圖(XRD)，XRD中SrTiO₃的特征峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片21-1272完全符合；隨著C₆₀投料量的不斷增加，并沒有異于銳鈦礦相的SrTiO₃的衍射峰的出現(xiàn)，然而各衍射峰的強(qiáng)度卻在逐漸降低，這也就表明C₆₀的引入雖然不會影響SrTiO₃結(jié)晶行為，卻在某種程度上影響了SrTiO₃晶格的有序性。該譜圖也可以表明C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料成功制備。

圖2為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料的組成由透射電鏡(TEM)、高倍透射電子顯微鏡(HRTEM)。如圖2，通過圖2D我們可以明顯的觀察到C₆₀的晶格條紋，進(jìn)一步證明了得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

圖3為本發(fā)明實施例1-5所制備樣品在可見光條件下光催化降解四環(huán)素的效果圖。圖中可以看出純SrTiO₃在可見光下幾乎不能夠降解四環(huán)素，而C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料降解率則很高。說明了合成的C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料能夠顯著提升光催化性能，并能很好的應(yīng)用于四環(huán)素污水的降解。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。

實施例1

步驟1：稱取1.60mmol Sr(OH)₂·8H₂O和1.87mmol的TiO₂作為前驅(qū)液加入到17mL的去離子水中劇烈攪拌,隨后加入1.05g的KOH,攪拌直至KOH完全溶解。

步驟2：將上述溶液裝入到20mL的高溫反應(yīng)釜中，150℃條件下反應(yīng)72h.待反應(yīng)完成后冷卻，得到的樣品用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌數(shù)次，然后在80℃干燥箱內(nèi)干燥得到所需的樣品A。

步驟3：將0.006gC₆₀加入30mL甲苯溶液中，超聲30min后加入1g SrTiO₃粉末，再將混合溶液在室溫下攪拌24h，最后將此溶液放入80℃的干燥箱里烘干5h，得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

實施例2

步驟1：稱取1.60mmol Sr(OH)₂·8H₂O和1.87mmol的TiO₂作為前驅(qū)液加入到17mL的去離子水中劇烈攪拌,隨后加入1.05g的KOH,攪拌直至KOH完全溶解。

步驟2：將上述溶液裝入到20mL的高溫反應(yīng)釜中，150℃條件下反應(yīng)72h.待反應(yīng)完成后冷卻，得到的樣品用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌數(shù)次，然后在80℃干燥箱內(nèi)干燥得到所需的樣品A。

步驟3：將0.012gC₆₀加入30mL甲苯溶液中，超聲30min后加入1g SrTiO₃粉末，再將混合溶液在室溫下攪拌24h。最后將此溶液放入80℃的干燥箱里烘干5h，得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

實施例3

步驟1：稱取1.60mmol Sr(OH)₂·8H₂O和1.87mmol的TiO₂作為前驅(qū)液加入到17mL的去離子水中劇烈攪拌,隨后加入1.05g的KOH,攪拌直至KOH完全溶解。

步驟2：將上述溶液裝入到20mL的高溫反應(yīng)釜中，150℃條件下反應(yīng)72h.待反應(yīng)完成后冷卻，得到的樣品用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌數(shù)次，然后在80℃干燥箱內(nèi)干燥得到所需的樣品A。

步驟3：將0.018g C₆₀加入30mL甲苯溶液中，超聲30min后加入1g SrTiO₃粉末，再將混合溶液在室溫下攪拌24h。最后將此溶液放入80℃的干燥箱里烘干5h，得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

實施例4

步驟1：稱取1.60mmol Sr(OH)₂·8H₂O和1.87mmol的TiO₂作為前驅(qū)液加入到17mL的去離子水中劇烈攪拌,隨后加入1.05g的KOH,攪拌直至KOH完全溶解。

步驟2：將上述溶液裝入到20mL的高溫反應(yīng)釜中，150℃條件下反應(yīng)72h.待反應(yīng)完成后冷卻，得到的樣品用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌數(shù)次，然后在80℃干燥箱內(nèi)干燥得到所需的樣品A。

步驟3：將0.024gC₆₀加入30mL甲苯溶液中，超聲30min后加入1g SrTiO₃粉末，再將混合溶液在室溫下攪拌24h。最后將此溶液放入80℃的干燥箱里烘干5h，得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

實施例5

步驟1：稱取1.60mmol Sr(OH)₂·8H₂O和1.87mmol的TiO₂作為前驅(qū)液加入到17mL的去離子水中劇烈攪拌,隨后加入1.05g的KOH,攪拌直至KOH完全溶解。

步驟2：將上述溶液裝入到20mL的高溫反應(yīng)釜中，150℃條件下反應(yīng)72h.待反應(yīng)完成后冷卻，得到的樣品用乙醇和去離子水反復(fù)洗滌數(shù)次，然后在80℃干燥箱內(nèi)干燥得到所需的樣品A。

步驟3：0.030C₆₀加入30mL甲苯溶液中，超聲30min后加入1g SrTiO₃粉末，再將混合溶液在室溫下攪拌24h。最后將此溶液放入80℃的干燥箱里烘干5h，得到黃色粉末為C₆₀/SrTiO₃復(fù)合材料。

此外，在不同比例下，我們發(fā)現(xiàn)用1.8％C₆₀/SrTiO₃復(fù)合光催化劑在50min光照下展現(xiàn)出最佳的催化性能，說明了所制備的C₆₀/SrTiO₃復(fù)合光催化劑能夠應(yīng)用于四環(huán)素污水的治理。