基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料应用技术领域，特别涉及基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料及其制备方法和应用。本发明专利技术是将牢固生长于导电基底上的氧化锌纳米线阵列作为工作电极，以铂电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以硝酸铜的二甲基亚砜溶液作为电解液，通过电化学循环伏安法制备得到了氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料。将本发明专利技术的光催化材料置于待处理水溶液中，在太阳光的照射下，氧化锌与氧化亚铜将各自产生光生电子和空穴，光生电子和空穴可分别与水中溶解氧及氢氧根离子反应，生成具有较强氧化性的衍生物，对细菌有较强杀灭作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料应用
，特别涉及基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，氧化锌纳米材料在光催化净化水体应用领域中引起了广泛的关注(Yang， An et al. 2004 ；Peng, Wang et al. 2006 ；Akhavan, Mehrabian et al. 2009 ；Mosnier, 0' Haire et al. 2009)。然而，作为一种宽带隙半导体材料，氧化锌对太阳光的吸收仅限于太阳光谱的紫外部分，这大大限制了其对太阳光的利用效率。同时，氧化锌的激子复合效应也是降低其光催化效率的一个重要因素。为了解决这些问题，氧化锌常与其它半导体材料组成异质结构作为光催化剂(Wang，Zhao et al. 2002 ；Hernandez, Maya et al. 2007 ； Nayak, Sahu et al. 2008)。氧化亚铜作为一种窄带隙半导体材料，具有很好的太阳光吸收性能及光催化性能 (Hu, Nian et al. 2008 ；Kakuta and Abe 2009 ；Ma, Li et al. 2010)。而且，氧化亚铜的能带结构与氧化锌配合能促进载流子分离，进而提高光催化效率(Jiang，Xie et al. 2010)。 鉴于氧化锌/氧化亚铜异质结构的独特优势，氧化锌/氧化亚铜的粉末混合物被报道用于光催化应用领域，并取得了较好的效果(Helaili，BesseWiouad et al. 2010 ；Xu, Cao et al.2010)。然而，粉末光催化剂很难回收且不能用于流水体系，这限制了它的应用领域。同时，氧化锌/氧化亚铜异质结构光催化理论表明(Helaili，Bessekhouad et al. 2010 ；Xu, Cao et al. 2010)，为了达到异质结促进光催化的效果，不仅要让氧化亚铜与待处理水体有充分的接触面积，同时也要保证氧化锌与外界的接触。因此，一些氧化亚铜完全包覆氧化锌的核壳结构(Hsueh，Hsu et al. 2007 ；Kuo, Wang et al. 2009)将不适合用于光催化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有氧化锌/氧化亚铜光催化剂的不足，提供一种成本低廉且环保的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料。本专利技术的再一目的是提供一种基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的简便的制备方法。本专利技术的还一目的是提供基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的应用。本专利技术的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料中的氧化锌纳米线阵列牢固生长于基底上，便于回收循环利用；同时，氧化亚铜量子点在氧化锌纳米线上均勻分布，不仅保证了氧化亚铜量子点与待处理水体的接触，也在量子点分布间隙给氧化锌与外界提供足够的接触面积。本专利技术的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料，是在导电基底上有序生长有氧化锌纳米线，且有序生长的氧化锌纳米线呈阵列状结构，在氧化锌纳米线的表面修饰有氧化亚铜量子点。所述的氧化锌纳米线的直径为60 200nm，长度为1 3 μ m ；所述的氧化亚铜量子点的尺寸为5 20nm。所述的导电基底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。本专利技术的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的制备方法是在氧化锌纳米线表面沉积氧化亚铜量子点配制浓度为5 15mM的硝酸铜的二甲基亚砜 (DMSO)溶液作为电解液，以钼电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以生长有氧化锌纳米线阵列的导电基底作为工作电极；在温度为55 75°C下，用电化学循环伏安法对工作电极施加电压范围为-0.2V到-0.6V(相对于饱和甘汞电极)的循环扫描电压(优选循环次数为50 100次)，即得到氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料。所述的氧化锌纳米线阵列是由以下方法制备得到的配制浓度为0. 05 ImM的醋酸锌水溶液作为电解液，以钼电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以导电基底作为工作电极；在温度为75 95°C下，向上述醋酸锌水溶液中鼓入氧气，对所述工作电极施加-0. 8 -1. IV的电压(优选施加电压的时间为1 3小时)，得到有序生长在导电基底上的氧化锌纳米线阵列。所述的氧化锌纳米线的直径为60 200nm，长度为1 3 μ m。所述的氧化亚铜量子点的尺寸为5 20nm。所述的导电基底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。将本专利技术的光催化材料置于待处理水溶液中，在太阳光的照射下，氧化锌与氧化亚铜将各自产生光生电子和空穴，光生电子和空穴可分别与水中溶解氧及氢氧根离子反应，生成具有较强氧化性的衍生物，对细菌有较强杀灭作用。因此，本专利技术的光催化材料在太阳光的照射下对水溶液中的细菌的具有较好的杀灭效果。由于氧化锌纳米线阵列牢固生长于基底上，便于回收，可多次循环利用。本专利技术的光催化材料具有环保、成本低、高效率、 易回收、可循环利用等特点，特别适用于含有细菌的水体的净化处理。本专利技术所涉及的光催化材料的制备方法及其应用具有1)反应条件温和，反应温度不超过85 °C ；2)制备工艺简单、成本低；3)所制备的光催化材料物理性能好，具有比表面积大、量子点分布均勻、与基底连接牢固、可循环利用等特点；4)应用于光催化杀灭水体中的细菌，在模拟太阳光下表现出较高的反应活性，与没有经过氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列材料相比，光催化杀菌效果明显提高。附图说明图1为本专利技术所述的光催化材料的结构示意图。图2为本专利技术实施例1制备的氧化锌纳米线阵列SEM图片。图3为本专利技术实施例1制备的氧化锌纳米线阵列TEM图片。图4为本专利技术实施例1制备的氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列SEM图片。图5为本专利技术实施例1制备的氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列TEM图片。图6为本专利技术实施例1制备的氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列HRTEM图片。图7为本专利技术实施例1制备的氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列XPS图片。附图标记1. ITO导电玻璃基底或FTO导电玻璃基底2.氧化锌纳米线阵列 3.氧化亚铜量子点具体实施例方式下面结合具体实施例来对本专利技术进行详细说明，但并不是对本专利技术的具体限制。如图1所示，本专利技术的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的主体结构由ITO导电玻璃基底或FTO导电玻璃基底1，氧化锌纳米线阵列2，均勻分布在氧化锌纳米线表面的氧化亚铜量子点3构成。实施例1.1)氧化锌纳米线阵列的制备配制浓度为0. 05mM的醋酸锌水溶液作为电解液，以钼电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以ITO导电玻璃作为工作电极；在温度为75°C下，向上述醋酸锌水溶液中鼓入氧气，对所述工作电极施加-0. 8V的电压1小时，得到有序生长在ITO导电玻璃上的氧化锌纳米线阵列；对样品的形貌分别进行SEM、TEM表征， 所得结果分别如图2、图3所示。2)在氧化锌纳米线表面沉积氧化亚铜量子点配制浓度为5mM的硝酸铜的二甲基亚砜溶液作为电解液，以钼电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以步骤1)得到的生长有氧化锌纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极；在温度为55°C下，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料，其特征是：所述的光催化材料是在导电基底上有序生长有氧化锌纳米线，且有序生长的氧化锌纳米线呈阵列状结构，在氧化锌纳米线的表面修饰有氧化亚铜量子点。

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料，其特征是所述的光催化材料是在导电基底上有序生长有氧化锌纳米线，且有序生长的氧化锌纳米线呈阵列状结构，在氧化锌纳米线的表面修饰有氧化亚铜量子点。2.根据权利要求1所述的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料， 其特征是所述的氧化锌纳米线的直径为60 200nm，长度为1 3 μ m ；所述的氧化亚铜量子点的尺寸为5 20nm。3.根据权利要求1所述的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料， 其特征是所述的导电基底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。4.一种根据权利要求1 3任意一项所述的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的制备方法，其特征是配制浓度为5 15mM的硝酸铜的二甲基亚砜溶液作为电解液，以钼电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以生长有氧化锌纳米线阵列的导电基底作为工作电极；在温度为55 75°C下，用电化学循环伏安法对工作电极施加电压范围为-0. 2V到-0. 6V的循环扫描电压，得到氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘广为，王耀，师文生，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11