[發明專利]基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201110153091.9
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102266775A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 佘廣為;王耀;師文生
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;A01N59/20;A01P1/00;C02F1/30
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于納米材料應用技術領域，特別涉及基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料及其制備方法和應用。?

背景技術

近年來，氧化鋅納米材料在光催化凈化水體應用領域中引起了廣泛的關注(Yang，An?et?al.2004；Peng，Wang?et?al.2006；Akhavan，Mehrabian?et?al.2009；Mosnier，O′Haire?et?al.2009)。然而，作為一種寬帶隙半導體材料，氧化鋅對太陽光的吸收僅限于太陽光譜的紫外部分，這大大限制了其對太陽光的利用效率。同時，氧化鋅的激子復合效應也是降低其光催化效率的一個重要因素。為了解決這些問題，氧化鋅常與其它半導體材料組成異質結構作為光催化劑(Wang，Zhao?et?al.2002；Hernandez，Maya?et?al.2007；Nayak，Sahu?et?al.2008)。?

氧化亞銅作為一種窄帶隙半導體材料，具有很好的太陽光吸收性能及光催化性能(Hu，Nian?et?al.2008；Kakuta?and?Abe?2009；Ma，Li?et?al.2010)。而且，氧化亞銅的能帶結構與氧化鋅配合能促進載流子分離，進而提高光催化效率(Jiang，Xie?et?al.2010)。鑒于氧化鋅/氧化亞銅異質結構的獨特優勢，氧化鋅/氧化亞銅的粉末混合物被報道用于光催化應用領域，并取得了較好的效果(Helaili，Bessekhouad?et?al.2010；Xu，Cao?et?al.2010)。然而，粉末光催化劑很難回收且不能用于流水體系，這限制了它的應用領域。同時，氧化鋅/氧化亞銅異質結構光催化理論表明(Helaili，Bessekhouad?et?al.2010；Xu，Cao?et?al.2010)，為了達到異質結促進光催化的效果，不僅要讓氧化亞銅與待處理水體有充分的接觸面積，同時也要保證氧化鋅與外界的接觸。因此，一些氧化亞銅完全包覆氧化鋅的核殼結構(Hsueh，Hsu?et?al.2007；Kuo，Wang?et?al.2009)將不適合用于光催化應用。?

發明內容

本發明的目的是克服現有氧化鋅/氧化亞銅光催化劑的不足，提供一種成本低廉且環保的基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料。?

本發明的再一目的是提供一種基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料的簡便的制備方法。?

本發明的還一目的是提供基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料的應用。?

本發明的基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料中的氧化鋅納米線陣列牢固生長于基底上，便于回收循環利用；同時，氧化亞銅量子點在氧化鋅納米線上均勻分布，不僅保證了氧化亞銅量子點與待處理水體的接觸，也在量子點分布間隙給氧化鋅與外界提供足夠的接觸面積。?

本發明的基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料，是在導電基底上有序生長有氧化鋅納米線，且有序生長的氧化鋅納米線呈陣列狀結構，在氧化鋅納米線的表面修飾有氧化亞銅量子點。?

所述的氧化鋅納米線的直徑為60～200nm，長度為1～3μm；所述的氧化亞銅量子點的尺寸為5～20nm。?

所述的導電基底為ITO導電玻璃或FTO導電玻璃。?

本發明的基于氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料的制備方法是在氧化鋅納米線表面沉積氧化亞銅量子點：配制濃度為5～15mM的硝酸銅的二甲基亞砜(DMSO)溶液作為電解液，以鉑電極作為對電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以生長有氧化鋅納米線陣列的導電基底作為工作電極；在溫度為55～75℃下，用電化學循環伏安法對工作電極施加電壓范圍為-0.2V到-0.6V(相對于飽和甘汞電極)的循環掃描電壓(優選循環次數為50～100次)，即得到氧化亞銅量子點修飾的氧化鋅納米線陣列光催化材料。?

所述的氧化鋅納米線陣列是由以下方法制備得到的：配制濃度為0.05～1mM的醋酸鋅水溶液作為電解液，以鉑電極作為對電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以導電基底作為工作電極；在溫度為75～95℃下，向上述醋酸鋅水溶液中鼓入氧氣，對所述工作電極施加-0.8～-1.1V的電壓(優選施加電壓的時間為1～3小時)，得到有序生長在導電基底上的氧化鋅納米線陣列。?

所述的氧化鋅納米線的直徑為60～200nm，長度為1～3μm。?

所述的氧化亞銅量子點的尺寸為5～20nm。?

所述的導電基底為ITO導電玻璃或FTO導電玻璃。?