本发明专利技术公开了一种银-石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂的制备方法。该方法利用电化学循环伏安法制备石墨烯量子点水溶液，利用溶胶-凝胶旋涂热处理技术制备三元光催化剂薄膜。其中，含有石墨烯量子点的水溶液不仅作为溶剂溶解氧化锌前驱体溶液，而且作为还原剂原位还原银离子。这种三元光催化剂充分利用了碳纳米材料以及贵金属纳米颗粒对提高氧化锌半导体光催化性能的优势，有效的提高了氧化锌半导体光催化剂在可见光区域的光催化性能，同时，该制备方法不涉及任何有机溶剂，不涉及复杂的制备工序，具有绿色环保、生产成本低、易于产业化的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光催化剂的制备方法，具体涉及。
技术介绍
日益严重的环境污染问题严重危害着人们的身体健康，制约着经济的快速发展。寻找合理、安全、简捷的技术手段来解决这一问题成为目前研宄的热点。大量研宄表明，以光催化材料为核心的光催化技术是解决这一环境污染问题的基础。尤其是金属半导体氧化物光催化剂材料，因其大的禁带宽度、高的光敏性，以及良好的化学稳定性和环境友好的本质，被认为是有望治理环境污染、污水处理的环保型材料。目前，氧化锌半导体光催化剂材料因其较好的光催化效果和较低的经济成本受到了广泛的关注。然而，较低的可见光利用率和较高的光生电子-空穴结合率，极大的限制了氧化锌半导体光催化剂的生产实际应用(T.Xu, L.Zhang, H.Cheng and Y.Zhu, App1.Catal.，B, 2011, 101, 382-387)。因此，人们提出了多种改善氧化锌半导体光催化剂催化活性的方法，如结构改性、掺杂、与其他半导体结合以及碳材料修饰等，其中碳材料修饰因其较好的效果而得到广泛的研宄。碳材料不仅可以作为电子接受体，提高氧化锌半导体光生电子-空穴的分离率，而且有些碳材料本身具有一定的禁带宽度，可作为光敏化剂，自身形成光生电子，同时，由于碳材料的特殊结构特点还可以作为有机污染物的吸附剂，从而提高半导体氧化物的光催化效率(C.Han, M.Q.Yang, B.Weng and Y.J.Xu, Phys.Chem.Chem.Phys., 2014, 16,16891-16903)。虽然碳材料的引入，极大地提高了氧化锌基半导体光催化剂的催化活性，但是，研宄表明，该二元光催化剂对可见光的利用率依然是有限的，因此，人们开始探索一些方法来进一步提高氧化锌/碳材料光催化剂的可见光利用率。其中，贵金属掺杂的作用较为明显，尤其是贵金属银纳米颗粒因其较低的成本，较好的拓展可见光吸收的能力而普遍用于氧化锌/碳材料/贵金属三元光催化剂的制备。然而，在这种三元光催化剂的制备过程中往往涉及有机溶剂、还原剂、分散剂以及强碱溶液等对人体和环境有害的化学试剂，这无形中增加了实验过程的复杂性和危险性，不利于实际工业生产。石墨烯量子点(GQDs)，一种新型零维纳米碳材料，近年来得到了快速的发展。较小的尺寸和特殊的结构赋予了石墨烯量子点许多优异的性能。已有一些研宄人员将其应用于提高氧化物半导体的光催化性能方面，并取得了较好的效果(D.Qu, M.Zheng, P.Du, Y.Zhou, L Zhang, D.Li，H.Tan，Z.Zhao, Z.Xie and Z.Sun, Nanoscale, 2013，5，12272-12277)。然而，大部分研宄工作集中于利用石墨烯量子点较好的上转换特性和较好的电子传输特性，而忽略了含有石墨烯量子点的溶液可以作为金属阳离子溶剂和石墨烯量子点作为金属还原剂的特性，这使得石墨烯量子点在许多领域的应用还没有被发掘。
技术实现思路
为了进一步提高氧化锌基半导体光催化剂的可见光利用率，减少制备过程中有害化学试剂的使用，同时充分利用石墨烯量子点的优异性能，我们通过溶胶-凝胶旋涂的方法成功制备出了 Ag-GQDs/ZnO三元光催化剂。在前驱体溶液的制备过程中含有石墨稀量子点的水溶液前驱体溶剂，含有石墨烯量子的前驱液作为金属阳离子的水溶液，石墨烯量子点作为银离子还原剂。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案如下: ，所述制备方法应用含有石墨烯量子点水溶液还原银离子，获得银-石墨烯量子点混合溶液，将银-石墨烯量子点混合溶液作为金属阳离子溶剂溶解锌离子，获得银-石墨烯量子点/硝酸锌前驱液，将银-石墨烯量子点/硝酸锌前驱液进行旋涂烘干处理，得到银-石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂。 优先地，所述制备过程包括以下步骤: 步骤I)利用电化学循环伏安法制备出透明的淡黄色的石墨烯量子点水溶液； 步骤2)取出上述步骤I)制备出的透明的淡黄色的石墨稀量子点水溶液，加入量硝酸银溶液，并进行紫外线照射，利用石墨烯量子点进行银离子还原，形成银纳米颗粒，得到银-石墨烯量子点混合溶液，所述银-石墨烯量子点混合溶液； 步骤3)对上述步骤2)得到的银-石墨烯量子点混合溶液中加入硝酸锌溶液，所述银-石墨烯量子点混合溶液含有石墨烯量子点，作为金属阳离子溶剂溶解硝酸锌，得到银-石墨烯量子点/硝酸锌前驱液； 步骤4)利用匀胶机对上述得到的银-石墨烯量子点/硝酸锌前驱液进行旋涂一烘干一再旋涂处理，然后利用快速退火炉进行快速退火处理得到银-石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂。优先地，所述银-石墨稀量子点/氧化锌三元光催化剂的吸光范围为200~800nm。优先地，所述步骤I)中制备的透明的淡黄色的石墨烯量子点水溶液时，首先采用电化学循环伏安法制备出棕褐色含有杂质的石墨烯量子点水溶液，对其进行透析，得到透明的淡黄色的石墨烯量子点水溶液。优先地，所述电化学循环伏安法采用超纯石墨棒为工作电极和对电极，Ag/AgCl作为参比电极，PH=6.5-7.5的磷酸盐缓冲液作为电解液，所述电化学循环伏安法的电化学参数设置为循环伏安电压为1~5V、循环扫描速率为0.1-0.6V/s ;对所述棕褐色含有杂质的石墨烯量子点水溶液采用截留分子量为3500 ~14000Da的透析袋进行透析。优先地，所述步骤2)中采用波长为250nm~365nm的紫外线照射，照射过程中溶液颜色由浅棕色变为深红棕色后，停止照射，所述银纳米颗粒的尺寸为28~32nm。优先地，所述硝酸银的溶度为0.1mol/L~0.3mol/L，硝酸锌溶液的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L。优先地，所述步骤2)中石墨烯量子点水溶液与硝酸银的体积配比关系为2mL:20 μ L-200 μ L0优先地，所述步骤3)中硝酸锌溶液与银-石墨烯量子点混合溶液体积配比关系为100 μ L-300 μ L:2mL0优先地，所述银-石墨烯量子点/硝酸锌前驱液采用溶胶-凝胶技术旋涂在石英片上，然后利用所述匀胶机进行旋涂一烘干一再旋涂处理，之后进行快速退火处理；所述匀胶机转速设置在2500~3500rpm，旋涂时间在4~8min，退火温度控制在450~550°C、时间为8-10分钟。【附图说明】图1为本专利技术涉及的的流程图；图2为本专利技术涉及的一种银-石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂的光催化机理示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。本专利技术涉及。所述银-石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂提高可见光的利用率，制备的中间产物包括石墨烯量子点水溶液，所述石墨烯量子点水溶液中包括石墨烯量子点，所述含有石墨烯量子点的水溶液作为金属阳离子溶剂同时石墨烯量子点作为银离子还原剂原位合成贵金属银纳米颗粒，避免制备过程采用有机溶剂以及金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种银‑石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法应用含有石墨烯量子点水溶液还原银离子，获得银‑石墨烯量子点混合溶液，将银‑石墨烯量子点混合溶液作为金属阳离子溶剂溶解锌离子，获得银‑石墨烯量子点/硝酸锌前驱液，将银‑石墨烯量子点/硝酸锌前驱液进行旋涂烘干处理，得到银‑石墨烯量子点/氧化锌三元光催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李妍，王君，戈娟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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