[發(fā)明專利]一種ZnO/ZnSe納米材料、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410348485.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN104056644A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳正翠;王歡;薛業(yè)靜;李保貳;耿保友
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/057
• 分類號(hào): B01J27/057;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/30
• 代理公司: 蕪湖安匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 張巧嬋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制備方法及環(huán)境化學(xué)交叉應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種光催化ZnO/ZnSe納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制備及應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的發(fā)展，污水中殘留的染料(來(lái)自織物，紙張和其他工業(yè))成為環(huán)境問題的一個(gè)來(lái)源。使用半導(dǎo)體作為光催化劑光輔助催化降解有機(jī)污染物成為污水污染物處理的一種有前途的方法。ZnO作為一種重要的寬帯隙和直接帯隙半導(dǎo)體(塊狀ZnO的帯隙為3.37eV)，電子流動(dòng)性(205～300cm²V s^-1)超過了TiO₂(0.1–4cm²V s^-1)，具有催化效率高，成本低和環(huán)境可持續(xù)性，被廣泛認(rèn)為是一種很有前景的光催化劑。然而，ZnO基本只能利用紫外光(僅占到達(dá)地球的太陽(yáng)光譜的3～5％)，而不能利用可見光(占太陽(yáng)光譜的44～47％)。此外，ZnO光催化過程中的光生電子空穴對(duì)的快速?gòu)?fù)合是提高其光催化效率的一個(gè)主要障礙。因此，提高ZnO光催化活性的關(guān)鍵是使用另外一種材料修飾ZnO表面以提高太陽(yáng)光利用效率并增進(jìn)光產(chǎn)生電荷的分離。在ZnO表面上耦合窄帯隙半導(dǎo)體將光吸收擴(kuò)大至可見光范圍并降低電荷復(fù)合傾向是一種很有前景的方法。

ZnSe屬于環(huán)境友好型窄帶隙半導(dǎo)體，與ZnO形成ZnO/ZnSe納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有可見光催化活性，但目前相關(guān)研究報(bào)道較少，尚沒有關(guān)于ZnO/ZnSe納米墻異質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)的合成以及用于可見光催化的報(bào)道，因此合成ZnO/ZnSe納米墻異質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)，用于可見光催化降解有機(jī)染料，具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種ZnO/ZnSe納米材料及其制備方法，利用低溫化學(xué)液相轉(zhuǎn)換法，工藝簡(jiǎn)單、成本低。

本發(fā)明還有一個(gè)目的，提供ZnO/ZnSe納米材料作為有機(jī)染料的可見光催化降解應(yīng)用。

本發(fā)明提供的一種ZnO/ZnSe納米材料，為直徑500nm的ZnO納米片上附著大小為50nm的ZnSe納米片。

本發(fā)明提供的一種ZnO/ZnSe納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將1,6-己二胺加入去離子水中，攪拌均勻，得到溶液A；將九水合硫化鈉溶解到溶液A中，得到溶液B，將溶液B倒入聚四氟乙烯為內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜中，將干凈的鋅片傾斜地放在該溶液中，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，鋅片上的灰色產(chǎn)物分別用去離子水和無(wú)水乙醇各清洗3遍，然后50℃真空干燥6h；

(2)將硒粉加入到氨水和去離子水的混合溶液中，不斷攪拌形成均勻溶液，加入硼氫化鈉，繼續(xù)攪拌30min后，插入步驟(1)所得的覆蓋有產(chǎn)物的鋅片，加熱反應(yīng)，結(jié)束后，把覆蓋有產(chǎn)物的鋅片用去離子水和無(wú)水乙醇各清洗3遍，50℃真空干燥6h，得到ZnO/ZnSe納米墻異質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)。

步驟(1)中去離子水和1,6-己二胺的體積比為19-7：1；

步驟(1)中所述獲得溶液B中硫化鈉的濃度為0.025-0.035mol/L；

步驟(1)中所述的加熱反應(yīng)，溫度120-150℃，反應(yīng)時(shí)間8-10h；

步驟(2)中，所用氨水和去離子水的體積比為0.6-1:1；

步驟(2)中，硒粉在氨水和去離子水的混合溶液中的濃度為0.003-0.005mol/L；

步驟(2)中，硼氫化鈉與硒粉的摩爾比2-2.1:1；

步驟(2)中，所述的加熱反應(yīng)，溫度60-90℃，反應(yīng)時(shí)間5-8h；

本發(fā)明還提供一種ZnO/ZnSe納米材料作為可見光催化降解有機(jī)染料羅丹明B(RhB)的光催化應(yīng)用。

將本發(fā)明制備的ZnO/ZnSe納米墻異質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)樣品剪成1×1.5cm大小，放入5mL濃度為1.0×10^-5mol/L的RhB溶液中并在黑暗中攪拌1h，使催化劑表面達(dá)到吸附-解吸附平衡。之后，使用300W氙燈進(jìn)行可見光照射。每隔20min使用紫外-可見分光光度計(jì)(Shimadzu UV-2550)測(cè)定溶液的吸收光譜，通過554nm處的特征吸收峰來(lái)確定RhB的濃度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過簡(jiǎn)單的低溫化學(xué)液相轉(zhuǎn)換法，在ZnO納米片陣列結(jié)構(gòu)的表面形成新奇的ZnSe納米片狀殼層結(jié)構(gòu)，獲得ZnO/ZnSe納米墻異質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的用于有機(jī)染料羅丹明B光催化降解的可見光催化劑具有催化活性高、循環(huán)穩(wěn)定性好以及工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的ZnO/ZnSe納米材料的X-射線粉末衍射(XRD)圖；