一种贵金属-氧化锌复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种贵金属-氧化锌复合材料及其制备方法和应用，属于无机非金属材料制备、环境保护技术和太阳能利用技术领域，该复合材料由氧化锌和贵金属纳米粒子组成，所述氧化锌包覆于贵金属纳米粒子表面，形成一端为尖锥的棒状结构。采用二甲胺硼烷作为还原剂，在贵金属粒子的催化下，还原硝酸根，从而产生大量氢氧根而使锌离子以氧化锌的形式沉淀包裹于贵金属粒子表面，在一定温度下进行反应获得贵金属-氧化锌复合材料。该贵金属-氧化锌复合材料可以直接应用于解决水中的有机污染物的光催化降解和太阳能的高效利用的问题，特别是现有光催化剂材料全光谱下光催化效率低的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种贵金属-氧化锌复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于无机非金属纳米材料制备与净水环境保护
，具体为一种贵金属-氧化锌复合材料及其制备方法和应用，特别是由贵金属纳米颗粒和棒状氧化锌组成，贵金属纳米颗粒被包裹于棒状氧化锌中，形成一端为尖锥的棒状结构。
技术介绍
能源危机及环境污染是当今时代人类所面临的两大难题，光催化技术因为能有效利用太阳能，几乎可以将任何有机分子氧化，矿化为二氧化碳和无机离子，在降解水中的有机污染物，杀灭水中细菌、病毒等微生物方面受到人们的广泛关注。在众多的光催化剂中，一些宽禁带的n型半导体如二氧化钛、氧化锌、氧化锡等因低毒、廉价、稳定性高和环境友好型等特点被广泛的应用于光解水制氢、太阳能电池和环境修复等领域。提高光催化剂的效率，核心问题在于提高电子-空穴的分离率。一般认为可以通过复合的手段，通过引入结效应与场效应，从而使电子-空穴更好的分离，这样就从根本上提高了光催化效率以及太阳光的利用率。贵金属与n型半导体接触之后，会使半导体能带产生弯曲，同时引入了肖特基结，被认为可以提高电子-空穴的分离效率。虽然氧化锌与二氧化钛具有几乎一样的能带结构，同时作为极性晶体，能与贵金属形成稳定的结结构，但是相对于传统的光催化剂二氧化钛来说，贵金属与氧化锌的复合方面的研究报道较少。氧化锌与贵金属的复合通常应用于催化领域，而光催化领域的研究较少。所以，研究一种简单可行的，并能在工业上应用的贵金属-氧化锌的复合方法，从而进一步研究该复合材料在光催化净水领域的应用，是制备高效光催化材料的一个重要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种贵金属-氧化锌复合材料及其制备方法和应用，该贵金属-氧化锌复合材料可以直接应用于解决水中的有机污染物的光催化降解和太阳能的高效利用的问题，特别是现有光催化剂材料全光谱下光催化效率低的难题。本专利技术的技术方案是：一种贵金属-氧化锌复合材料，该复合材料由氧化锌和贵金属纳米粒子组成，所述氧化锌包覆于贵金属纳米粒子表面，形成一端为尖锥的棒状结构；其中：所述氧化锌与贵金属纳米粒子的摩尔比为100：（0.1-1）。所述贵金属纳米粒子为金、铂、银或钯粒子，其尺寸小于100纳米，可以为颗粒状、片状、棒状和多面体状中的一种或几种。上述贵金属-氧化锌复合材料的制备方法为：首先将贵金属纳米粒子分散于无水乙醇中配制成贵金属纳米粒子的悬浮液，然后按所需量将其添加到硝酸锌与二甲胺硼烷的混合溶液中，超声分散后，在60～200℃的温度下进行反应，获得贵金属-氧化锌复合材料。具体制备过程包括如下步骤：（1）将贵金属纳米粒子超声分散于无水乙醇中，每毫升无水乙醇中贵金属纳米粒子的加入量为0.1-1毫克，形成贵金属纳米粒子的悬浮液；（2）在冰浴中（0℃）配制母液，所述母液中硝酸锌浓度为10～30克/升，二甲胺硼烷浓度为1～10克/升，其余为溶剂；（3）按照贵金属纳米粒子的悬浮液：母液＝（0.1-1）：100的体积比例将贵金属纳米粒子的悬浮液加入母液中，超声分散后，在60～200℃的温度下保温1～10小时，获得贵金属-氧化锌复合材料。步骤（2）中所述溶剂为室温下为液态的醇类或者水。上述贵金属-氧化锌复合材料可以直接应用于太阳光下有机污染物的光催化降解。本专利技术的设计原理如下：二甲胺硼烷是电镀工业上一种常见的、还原性质温和的还原剂，该还原剂在贵金属的催化下，能还原硝酸根，进而使溶液中产生大量的氢氧根。利用二甲胺硼烷的上述特性，可以通过一种简单的液相反应法获得贵金属与氧化锌的复合材料。因此，本专利技术通过一种简单的贵金属催化还原硝酸根的方法，巧妙制备出贵金属包裹于氧化锌中的复合材料。本专利技术的优点在于：1.本专利技术用二甲胺硼烷作为还原剂，在贵金属的存在下发生还原反应，反应产生的大量氢氧根会把贵金属周围的锌离子沉淀，包裹于贵金属表面。同时，溶液中的氧化锌会进一步长大，形成棒状结构，最终获得一端为尖锥的棒状结构的贵金属-氧化锌复合材料，该复合过程操作简单，易于控制，易于工业化生产。2.本专利技术是通过在贵金属催化下，二甲胺硼烷还原硝酸根的原理得到贵金属-氧化锌复合材料，催化还原反应在贵金属表面发生，这样就利于得到包裹完全的复合材料。3.本专利技术通过材料二甲胺硼烷为还原剂，同时也作为沉淀剂，获得了贵金属-氧化锌复合材料。该还原剂能溶于有机与无机溶液，催化过程温和，便于控制与工业推广。4.本专利技术的贵金属-氧化锌复合材料能直接应用于太阳光下有机污染物的净化降解。5.本专利技术采用的复合方法，能将贵金属很好的保护起来，防止固液分离以及光催化过程中贵金属的流失。附图说明图1为本专利技术钯-氧化锌复合材料TEM照片。图2为本专利技术钯-氧化锌复合材料的X射线衍射图谱。图3为本专利技术钯-氧化锌复合材料光吸收曲线。图4为本专利技术钯-氧化锌复合材料对于水溶液中亚甲基蓝的降解曲线。具体实施方式：本专利技术贵金属-氧化锌复合材料制备方法的工艺流程如下：贵金属纳米粒子分散于无水乙醇中配置成悬浮液，接着按所需比例将悬浮液添加到硝酸锌与二甲胺硼烷混合溶液中，超声分散，最后在60～200℃的温度下进行反应，获得贵金属-氧化锌复合材料。实施例1首先，将1毫克钯纳米粒子（颗粒状）超声分散于4毫升无水乙醇中，获得钯纳米粒子的悬浮液；然后，在冰浴中配置含硝酸锌15克/升、二甲胺硼烷3克/升的溶液，溶剂为水，获得母液；最后，往100毫升母液中加入300微升钯纳米粒子的悬浮液，超声分散后，在120℃的温度下保温6小时，获得钯-氧化锌复合材料。图1所示为本实施例所得钯-氧化锌复合材料TEM照片。由图1可以看出，本专利技术得到的钯-氧化锌复合材料，由20纳米左右的钯颗粒被包裹于棒状的氧化锌中，形成一端为尖锥的棒状结构形貌。图2所示为钯-氧化锌复合材料的X射线衍射图谱。由图2分析得到，氧化锌以纤锌矿相的形式存在，由于钯的含量太少，没有检测出钯的峰。图3所示为钯-氧化锌复合材料的光吸收曲线。由图3可以看出，通过钯与氧化锌的复合，使得材料在可见光区域以及红外光区域，都有光吸收。将本实施例所得钯-氧化锌复合材料用于亚甲基蓝光催化降解，该实验过程如下：称取获得的钯-氧化锌复合材料100毫克，黑暗下分散于100毫升浓度为6ppm的亚甲基蓝溶液中，置于光强约100mW/cm2的光照射下，每隔一定时间取样、离心后测定上清液残余亚甲基蓝浓度，获得全光谱下该材料的光催化降解曲线；用滤光片分别挡掉可见区域以及紫外区域的光，在相同的材料投加量的条件下，每隔一定时间取样、离心后测定上清液残余亚甲基蓝浓度，分别获得紫外光、可见光照射下该材料的光催化降解曲线。如图4所示钯-氧化锌复合材料的亚甲基蓝降解曲线。由图4可以看出，该钯-氧化锌复合材料，不管是在紫外光、可见光单独照射的情况下，还是全光谱照射的情况下，都表现出优异的光催化降解性能。表1钯-氧化锌复合材料的X射线光电子能谱表1为本实施例钯-氧化锌复合材料的X射线光电子能谱，由表1可以看出，钯是以单质的形式存在。结合图4，可以看出，即使钯的含量很少，但也能使钯-氧化锌复合材料具有优异的光催化性能。当贵金属纳米粒子选择金、铂或银纳米粒子时，按照实施例1实验步骤操作，获得了同实施例1相同的技术效果。实施例结果表明，本专利技术利用二甲胺硼烷能在贵金属的催化下还原硝酸根，进而产生大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贵金属‑氧化锌复合材料，其特征在于：该复合材料由氧化锌和贵金属纳米粒子组成，所述氧化锌包覆于贵金属纳米粒子表面，形成一端为尖锥的棒状结构。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属-氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于：该复合材料由氧化锌和贵金属纳米粒子组成，所述氧化锌包覆于贵金属纳米粒子表面，形成一端为尖锥的棒状结构；该复合材料的制备方法为：首先将贵金属纳米粒子分散于无水乙醇中配制成贵金属纳米粒子的悬浮液，然后按所需量将其添加到硝酸锌与二甲胺硼烷的混合溶液中，超声分散后，在60～200℃的温度下进行反应，获得贵金属-氧化锌复合材料。2.按照权利要求1所述的贵金属-氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于：该方法具体制备过程包括如下步骤：(1)将贵金属纳米粒子超声分散于无水乙醇中，每毫升无水乙醇中贵金属纳米粒子的加入量为0.1-1毫克，形成贵金属纳米粒子的悬浮液；(2)在冰浴中配制母液，所述母液中硝酸锌浓度为10～30克/升，二甲胺硼烷浓度为1～10克/升，其余为溶剂；(3)按照贵金属纳米粒子的悬浮液：母液＝(0.1-1)：100的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，尚建库，杨炜沂，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21