[發(fā)明專利]一種石墨烯?小粒徑硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)可見光催化材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611241695.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106732660A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾斌
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南文理學(xué)院
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 長沙市標(biāo)致專利代理事務(wù)所(普通合伙)43218
• 代理人: 徐邵華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)可見光催化材料的制備方法。

背景技術(shù)

硫化鋅由于具有高的催化活性、環(huán)境友好及價格低廉的優(yōu)點，是一種具有應(yīng)用前景的光催化材料。相對于傳統(tǒng)的氧化鈦，硫化鋅具有更寬的禁帶寬度，能夠表現(xiàn)出更高的量子產(chǎn)率。同時，由于硫化鋅在光催化過程中產(chǎn)生的光生電子具有更負(fù)的還原勢，這能夠讓水中的有機(jī)污染物降解的更加充分。研究表明，無論是在水中還是空氣中，硫化鋅可催化礦化有機(jī)染料，如苯酚、乙醛、苯、氨等污染物，也可凈化空氣，如甲醛、NOx等氣體，在水處理和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域中具有很大的商業(yè)價值和應(yīng)用前景。但是目前還存在如下問題。（1）有限的可見光利用率。眾所周知，可見光波長范圍在400-700 nm，這在太陽光中所占比例達(dá)到50%以上，而硫化鋅光催化劑，主要利用的是300-400 nm的紫外光譜，而這部分光譜僅僅占到太陽光中的5%左右。因此，拓寬硫化鋅的光譜利用范圍是目前急需解決的問題。（2）迅速的光生電子-空穴復(fù)合。在光催化過程中，光生電子空穴復(fù)合所需時間大概在10^-9s，然而催化劑與表面吸附物（如水、氧氣和污染物等）反應(yīng)所需的時間大概在10^-8s-10^-3s，由于光生電子-空穴復(fù)合所需的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于催化劑與吸附物反應(yīng)所需時間，大量的光生電子空穴產(chǎn)生了復(fù)合，導(dǎo)致光催化效果受到嚴(yán)重影響。因此，如何抑制光生載流子的復(fù)合是提高光催化效率的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種在太陽光下具有強(qiáng)吸附、高催化活性的石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)可見光催化材料的制備方法。本發(fā)明以石墨烯為載體，利用氧化石墨烯表面的功能團(tuán)，負(fù)載小粒徑硫化鋅，通過離子交換反應(yīng)，從而構(gòu)成一種在太陽光下具有強(qiáng)吸附、高光催化活性的新型納米衍生材料。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：通過氧化石墨烯表面帶負(fù)電的功能團(tuán)，促進(jìn)小粒徑硫化鋅的形成，并使形成的小粒徑硫化鋅與石墨烯之間形成有效結(jié)合。石墨烯是由單層或幾層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，碳原子是由sp²雜化軌道組成的碳六環(huán)結(jié)構(gòu)，擁有大量未成對的可自由移動電子，具有很強(qiáng)的電子傳導(dǎo)能力；同時擁有比較大的電子存儲能量，能捕獲和傳導(dǎo)光激發(fā)電子，妨礙或阻止半導(dǎo)體催化劑中光激發(fā)電子和空穴對的復(fù)合，是納米催化劑的理想載體材料。此外，離子交換得到的硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)，能夠在可見光的激發(fā)下，形成硫化鋅/硫化銀顆粒內(nèi)部的界面電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，從而將硫化銀內(nèi)的電子表現(xiàn)出良好的還原能力，硫化鋅內(nèi)的空穴則具有顯著的氧化能力。因此，構(gòu)建的石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)，將獲得強(qiáng)吸附、高效可見光催化材料，在污水處理、環(huán)境保護(hù)和太陽能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)可見光催化材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將1 ml~10 ml濃度為0.8~1.2 g/L的氧化石墨烯溶液加入到250 ml去離子水中超聲分散20 min ~40 min，得到氧化石墨烯分散溶液a；

（2）在上述分散均勻的溶液a中加入0.2g ~0.8g鋅鹽，超聲分散15 min ~30 min，得到分散均勻的溶液b；

（3）在上述分散均勻的溶液b中加入80 ml~150 ml濃度為2 g/L的硫源溶液，超聲攪拌20 min ~30 min，得分散均勻的溶液c；

（4）將上述分散均勻的溶液c在微波輔助下加熱30 min，得到灰色的沉淀物質(zhì)石墨烯-小粒徑硫化鋅；

（5）將所得灰色的沉淀物質(zhì)用蒸餾水和無水乙醇洗滌5~6次，得到無雜質(zhì)的石墨烯-小粒徑硫化鋅；

（6）對上述無雜質(zhì)的石墨烯-小粒徑硫化鋅沉淀物加入200 ml去離子，并加入0.15g L^-1的硝酸銀溶液，并在微波輔助加熱條件下反應(yīng)30 min，將反應(yīng)產(chǎn)物自然冷卻至室溫，過濾并用蒸餾水和無水乙醇洗滌5~6次，得洗滌物；將洗滌物在60℃~80℃下烘烤12 h~24 h，然后研磨后得到石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質(zhì)結(jié)材料。

所述步驟（2）中鋅鹽為二水合乙酸鋅。

所述步驟（3）中硫源為硫代乙酰胺。