[發明專利]一種具有p-n異質結的BG/ZnO納米復合材料的制備方法及其用途

有效

• 申請號: 201611142182.1
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106732515B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 李村;方敏;王瑤;朱維菊;徐穎
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;C02F1/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種具有p?n異質結的BG/ZnO納米復合材料的制備方法及其用途，其中BG/ZnO納米復合材料是以BG為p型半導體，以ZnO為n型半導體，水熱合成的具有p?n異質結的納米復合材料。通過形成p?n異質結能夠促進光生電子和空穴的分離并且通過將空穴從n型半導體ZnO的價帶轉移到P型半導體BG的價帶上來抑制電子/空穴對的復合來提高光催化降解效率。該復合材料作為光催化劑使用對廢水中的有機染料具有很高的光降解效率。

技術領域

本發明涉及一種具有p-n異質結的BG/ZnO納米復合材料的制備方法及其用途，屬于光催化劑材料合成領域。

背景技術

環境和能源是二十一世紀人們亟待解決的重大問題，作為清潔能源的太陽能的使用不會對環境造成污染，不會導致溫室效應和全球氣候變化，所以越來越多的國家加大對太陽能的利用，更多的學者在開發各種光電新型材料和光電新技術來擴大對太陽能的利用，光催化技術應運而生。

光催化技術作為一種可以在室溫下直接利用太陽光作為光源來驅動反應的特異性能的技術，是一種理想的環境污染治理技術和潔凈能源生產技術。光催化技術可以直接在常溫常壓的溫和條件下，采用空氣中的氧氣作為氧化劑且光催化技術能夠將有機污染物直接降解為水和二氧化碳等無機小分子等特點。基于這些特點，光催化技術受到各國學者和專家的高度重視，大量的研究力量探究光催化的基礎理論、應用技術和工程化研究。因此，光催化技術成為了今年來國內外最活躍的研究領域之一。

光催化技術的原理為半導體材料在紫外光或者可見光的照射下，將光能轉化為化學能，進而促進有機污染物的降解的過程。當光能大于或者等于半導體材料的帶隙能時，光生電子會從半導體材料的價帶躍遷到材料的導帶上，進而形成載流子和電子空穴對。空穴具有強氧化性，電子具有還原性，它們可以進一步反應生成強氧化性的羥基自由基將有機染料氧化分解成無害的小分子從而達到光催化降解的效果。但是在實際實驗操作中，光生電子和空穴對特別容易復合，降低了生成的羥基自由基的濃度進而影響光催化的效果。為了提高半導體材料的光催化效率，即有效的抑制光生電子和空穴的復合，通常通過(1)復合其他的半導體材料(2)與金屬摻雜(3)碳包覆等方法來有效的使光生電子和空穴轉移到半導體材料的表面來提高光降解效率。

不同的半導體材料具有不同的能帶結構即其導帶和價帶的位置的不同和導帶價帶間帶隙的大小差異。在光催化過程中，由于異質結的形成，兩種半導體材料間導帶和價帶位置的差異，可以有效地促進光生電子和空穴的分離，并可以通過較小帯隙的組分增加材料在可見光區域的吸收而提高光催化效率。如果兩種半導體材料分別為n型半導體材料和p型半導體材料，當兩種不同類型的材料表面接觸時，會在材料表面形成p-n異質結，p-n結本身形成的內建電場可以有效地促進光生電子和空穴的分離，使電子和空穴分別集中于n型和p型半導體內，抑制光生電子和空穴的復合，進而提高其光催化降解有機污染物效率。這是一種有效提高光催化降解效率的方法。

發明內容

本發明旨在提供一種具有p-n異質結的BG/ZnO納米復合材料的制備方法及其用途，本發明BG/ZnO納米復合材料可以加快電子/空穴的分離，有效的抑制電子/空穴的復合進而提高光催化效率。

石墨烯作為一種新型材料，具有優越的電化學性質。但是純石墨烯的帯隙為零，通過摻雜硼元素得到的硼摻雜石墨烯(BG)，可以將石墨烯由半金屬變為p型半導體，然后將p型半導體BG與n型半導體ZnO復合形成一種具有高催化效率的p-n異質結BG/ZnO納米復合材料。本發明納米復合材料作為光催化劑使用對廢水中的有機染料具有很高的光降解效率。

本發明具有p-n異質結的BG/ZnO納米復合材料，是以BG為p型半導體，以ZnO為n型半導體，水熱合成的具有p-n異質結的納米復合材料，包括如下步驟：

1、向100ml三角燒瓶中加入20mL濃度為2mg/mL的氧化石墨烯懸浮液，然后再加入0.45ml濃度為1M的四氫呋喃硼烷溶液，80℃下攪拌反應4天，四氫呋喃洗滌，獲得硼摻雜石墨烯懸浮液；