[發(fā)明專利]氧化鋅?硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710079935.7
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106902844A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艦;楊壯;高星星;趙通林;李洋;謝東東;黃雷明;姜效軍
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧科技大學(xué)
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C01B3/04;C02F1/32;C02F101/38
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所21224
• 代理人: 張群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有簡單、高效、節(jié)能、安全等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為解決能源問題與環(huán)境問題的一項(xiàng)技術(shù)。氧化鋅-硫化鋅納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)因其優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為是眾多半導(dǎo)體納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)中最具應(yīng)用潛力的材料。氧化鋅作為一種寬禁帶(3.37eV)半導(dǎo)體，激子束縛能約為60meV，在室溫下就能實(shí)現(xiàn)激子復(fù)合發(fā)光。在光催化材料、光伏電池器件、紫外發(fā)光二級管等領(lǐng)域，氧化鋅因其良好的光電學(xué)性質(zhì)而得到廣泛應(yīng)用。硫化鋅也是寬帶隙(3.66eV)半導(dǎo)體材料，是很好的發(fā)光材料，也被用作光催化材料。半導(dǎo)體光催化本質(zhì)是依靠光生電子和空穴的氧化還原作用實(shí)現(xiàn)對污染物的降解，因此為獲得高的量子效率，必須抑制電子空穴的重組。為了拓寬氧化鋅的光激發(fā)能量響應(yīng)范圍，提高氧化鋅的光催化活性，將氧化鋅與硫化鋅耦合，有利于阻止光生電子和空穴快速復(fù)合。

目前，在半導(dǎo)體光催化納米材料的領(lǐng)域，人們做了一些嘗試和研究。例如，專利申請?zhí)枺篊N104841457A公開了一種硫化鋅—氧化鋅異質(zhì)結(jié)納米材料及其固相制備方法，將醋酸鋅、硫代乙酰胺和氫氧化鈉一起研磨發(fā)生反應(yīng)而得到硫化鋅—氧化鋅異質(zhì)結(jié)納米材料。中國專利申請?zhí)枺篊N101607689A公開了一種氧化鋅和硫化鋅納米帶復(fù)合異質(zhì)結(jié)及其制備方法，采用熱蒸發(fā)硫化鋅和石墨混合粉末的制備方法。然而，由于合成氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米材料對反應(yīng)條件很敏感，比如硫化鋅表面容易被氧化以及不同組分顆粒有不同的溶解度，所以到目前為止用簡單方便的方法合成氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)的陣列仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列及其制備方法和應(yīng)用，通過一步簡單的水熱法合成氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列，無需添加任何催化劑，是一種簡單有效的合成方法，制得的氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列是硫化鋅納米球生長在氧化鋅納米線頂端的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列，包括硫化鋅納米球和氧化鋅納米線，硫化鋅納米球生成于氧化鋅納米線的頂端形成異質(zhì)結(jié)。

氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列基底為鋅片，氧化鋅納米線垂直生長于基底鋅片上，硫化鋅納米球生成于氧化鋅納米線的頂端。

氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將鋅片進(jìn)行預(yù)處理，取純度為99.99％，厚度為0.8mm的鋅片，將鋅片裁剪成2×2cm的正方塊，把裁剪好的鋅片依次用分析純的丙酮、去離子水、乙醇超聲清洗10min，去除其表面的污染物，吹干后放入體積比為5％的稀鹽酸溶液浸泡5min，去除表面氧化物，再用去離子水反復(fù)沖洗幾次，吹干后，將其放入聚四氟乙烯內(nèi)襯；

2)稱取KOH的質(zhì)量為2.6933～2.6954g，將其溶解于15mL去離子水中；

3)稱量過硫酸銨的質(zhì)量為0.8215～0.8236g，將其溶解于15mL去離子水中；

4)將步驟2)與步驟3)兩種溶液混合，不斷攪拌，將0.2～0.4g的KSCN加入到不斷攪拌的上述溶液；待溶液攪拌均勻后，倒入盛有鋅板的體積為50mL聚四氟乙烯內(nèi)襯；裝到反應(yīng)釜，反應(yīng)結(jié)束后，待溶液冷卻到室溫，將鋅片取出，用乙醇清洗3次，再用去離子水清洗3次，用鼓風(fēng)式烘干機(jī)在35℃的溫度下烘干，即可得到氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列。

步驟4)得到的氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列的納米線平均直徑為100nm，每簇納米線頂端都長著一個(gè)硫化鋅納米球，硫化鋅納米球平均直徑為300nm。

步驟4)中反應(yīng)釜在120℃的溫度下反應(yīng)12h，然后進(jìn)一步加熱到220～240℃，繼續(xù)反應(yīng)12h。

氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列的應(yīng)用，氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列作為紫外處理污染物降解催化劑。

所述的紫外處理污染物為甲基橙，氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列對甲基橙的降解率為99.5％。

氧化鋅-硫化鋅異質(zhì)結(jié)納米線陣列作為制備能源的催化劑。

所述制備能源為氫氣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：