[發明專利]一種石墨烯?小粒徑硫化鋅/硫化銀異質結可見光催化材料的制備方法

在審

• 申請號: 201611241695.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106732660A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 曾斌
• 申請（專利權）人: 湖南文理學院
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 長沙市標致專利代理事務所(普通合伙)43218
• 代理人: 徐邵華

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質結可見光催化材料的制備方法。

背景技術

硫化鋅由于具有高的催化活性、環境友好及價格低廉的優點，是一種具有應用前景的光催化材料。相對于傳統的氧化鈦，硫化鋅具有更寬的禁帶寬度，能夠表現出更高的量子產率。同時，由于硫化鋅在光催化過程中產生的光生電子具有更負的還原勢，這能夠讓水中的有機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，在水處理和環境保護等領域中具有很大的商業價值和應用前景。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-空穴復合。在光催化過程中，光生電子空穴復合所需時間大概在10^-9s，然而催化劑與表面吸附物（如水、氧氣和污染物等）反應所需的時間大概在10^-8s-10^-3s，由于光生電子-空穴復合所需的時間遠遠小于催化劑與吸附物反應所需時間，大量的光生電子空穴產生了復合，導致光催化效果受到嚴重影響。因此，如何抑制光生載流子的復合是提高光催化效率的關鍵。

發明內容

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

本發明的技術構思是：通過氧化石墨烯表面帶負電的功能團，促進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構，碳原子是由sp²雜化軌道組成的碳六環結構，擁有大量未成對的可自由移動電子，具有很強的電子傳導能力；同時擁有比較大的電子存儲能量，能捕獲和傳導光激發電子，妨礙或阻止半導體催化劑中光激發電子和空穴對的復合，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/硫化銀異質結，能夠在可見光的激發下，形成硫化鋅/硫化銀顆粒內部的界面電子轉移現象，從而將硫化銀內的電子表現出良好的還原能力，硫化鋅內的空穴則具有顯著的氧化能力。因此，構建的石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質結，將獲得強吸附、高效可見光催化材料，在污水處理、環境保護和太陽能電池等領域具有廣泛的應用前景。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種石墨烯-小粒徑硫化鋅/硫化銀異質結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石墨烯-小粒徑硫化鋅；

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

（6）對上述無雜質的石墨烯-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30 min，將反應產物自然冷卻至室溫，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/硫化銀異質結材料。

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。