[發(fā)明專利]一種制備碳摻雜氧化鋅的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310468043.8
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103496733A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽海波;李翠艷;黃劍鋒;曹麗云;殷立雄;費(fèi)杰
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳摻雜氧化鋅的制備方法。

背景技術(shù)

ZnO是一種新型的直接帶隙半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為3.2eV，激子束縛能為60meV，有優(yōu)良的光電特性，可廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管、光催化、太陽能電池、氣敏傳感器、生物傳感器等領(lǐng)域，引起了科技工作者的關(guān)注。近年來，隨著納米科技的飛速發(fā)展，不同形貌的納米ZnO被人們用多種方法制得，表現(xiàn)出很多獨(dú)特的物理化學(xué)性能。其中，納米ZnO的光催化性能倍受研究人員的青睞。目前，人們對于它進(jìn)行了大量研究，但主要集中于控制ZnO的形貌，提高其比表面積，僅僅提高了材料在紫外光照射下的催化活性。而紫外光只占太陽光的5%，這些工作雖然創(chuàng)意新穎，但離實(shí)際應(yīng)用還遙遙無期。與紫外光相比，可見光占太陽光的46%。因此，在制備出高比表面積形貌的基礎(chǔ)上，開發(fā)出具有高可見光催化活性的ZnO光催化材料對于其實(shí)際應(yīng)用有非常重要的意義。

目前，通常通過金屬元素離子摻雜如Fe、Cr、Sb、Co、Mn和Ni或者非金屬元素N、C、S摻雜來提高半導(dǎo)體氧化物對可見光的吸收能力，也取得一定的成果。但相對于以過渡金屬離子為主的陽離子摻雜，陰離子摻雜光催化劑的研究較少，且方法較復(fù)雜。中國發(fā)明專利201210466728.4報道了一種簡便制備碳摻雜介孔ZnO漢堡結(jié)構(gòu)納米組裝體的方法。該方法以乙二醇為反應(yīng)溶劑，以過渡金屬的無機(jī)鹽醋酸鋅以及過量的堿源為反應(yīng)前驅(qū)物，加入結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑葡萄糖，通過誘導(dǎo)聚合以及孿晶極性場驅(qū)動實(shí)現(xiàn)了碳摻雜的ZnO納米顆粒自組裝。中國發(fā)明專利201110332997.7報道了一種具有可見光催化活性的碳摻雜半導(dǎo)體氧化物及其制備方法，將金屬鹽、尿素和碳源溶解于蒸餾水中攪拌得到前軀體溶液，置于高壓反應(yīng)釜中密封反應(yīng)；冷卻，去離子水洗滌，真空干燥；然后焙燒，制得碳摻雜半導(dǎo)體氧化物。上述制備方法均需要在反應(yīng)體系中加入結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑或加入尿素和碳源等物質(zhì)參與合成，條件苛刻，工藝復(fù)雜，不利于工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備碳摻雜氧化鋅的制備方法，該方法具有反應(yīng)時間短，反應(yīng)溫度低，操作簡單，重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:

本發(fā)明包括以下步驟：

1）將葡萄糖酸鋅溶解在水中，得到葡萄糖酸鋅溶液，然后調(diào)節(jié)葡萄糖酸鋅溶液的pH值為6-8；其中，葡萄糖酸鋅溶液中葡萄糖酸鋅的濃度為0.1～1mol/L；

2）將調(diào)節(jié)pH值后的葡萄糖酸鋅溶液放入微波水熱合成儀中，在180℃～250℃下進(jìn)行合成反應(yīng)，然后自然冷卻到室溫，得到產(chǎn)物；

3）將產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，收集固體，然后將固體洗滌、烘干后得到棕色的氧化鋅前驅(qū)體；

4）將棕色的氧化鋅前驅(qū)體在200～400℃下煅燒，自然冷卻至室溫，得到碳摻雜氧化鋅。

所述步驟1）中的pH值是采用KOH溶液，NaOH溶液或者氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

所述KOH溶液、NaOH溶液、氨水的濃度均為0.2‐1mol/L。

所述步驟2）中合成反應(yīng)的時間為1h～3h。

所述步驟3）中洗滌具體為分別用去離子水及無水乙醇洗滌固體。

所述步驟4）中煅燒的時間為0.5～2小時。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明以葡萄糖酸鋅為原材料，無需添加其他的誘導(dǎo)劑或碳源，利用微波輔助水熱法合成氧化鋅的前驅(qū)體，再通過低溫煅燒的方法合成具有多孔結(jié)構(gòu)的碳摻雜氧化鋅。本發(fā)明中煅燒溫度低，在200～400℃的溫度下即可完成碳的摻雜；采用微波輔助的水熱合成方法使得本發(fā)明具有反應(yīng)時間短，效率高，重復(fù)性好的特點(diǎn)；以葡萄糖酸鋅為原材料環(huán)境友好無污染；本發(fā)明制得的碳摻雜氧化鋅粒度均勻，具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，比表面積高、純度高、碳摻雜量可控性好、可見光吸收優(yōu)異的特點(diǎn)，可應(yīng)用于可見光光催化、太陽能利用領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是由本發(fā)明制備的碳摻雜氧化鋅的X-射線衍射（XRD）圖譜；其中圖1（a）是煅燒前后產(chǎn)物的XRD對比；圖1（b）是煅燒后產(chǎn)物的XRD局部放大圖；

圖2是本發(fā)明制備的碳摻雜氧化鋅的掃描電鏡（SEM）照片；其中圖2（a）是碳摻雜氧化鋅5000倍的形貌；圖2（b）是碳摻雜氧化鋅20000倍的形貌；圖2（c）是碳摻雜氧化鋅100000倍的形貌；

圖3是本發(fā)明制備的碳摻雜氧化鋅的紫外-可見吸收光譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。

實(shí)施例1