不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，属于光催化材料的合成技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：通过ZnO包裹碳球形成壳核结构，Ag纳米颗粒沉积在ZnO表面形成的Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂。本发明专利技术制得的具有特定形貌的三元壳核结构Ag/ZnO‑碳球异质结光催化剂有效提高了ZnO对可见光的吸收及可见光催化性能；碳球用作碳材料，易于合成，且成本低廉，环境友好；该三元核壳结构光催化剂合成过程中所用原料价廉易得，绿色环保，ZnO的生成、ZnO纳米片（或六棱柱）直接生长在碳球上以及Ag

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化材料的合成
，具体涉及一种。
技术介绍
ZnO作为一种光催化剂因其具有价廉易得、环境友好和紫外光催化性能优良等优点而受到了人们的广泛关注，但是由于其仅能吸收太阳光中的紫外线及量子产率低等缺点影响了 ZnO的工业化应用。为此，人们采用不同的手段来提高ZnO的可见光催化性能，其中联合贵金属Ag沉积以及与碳材料(石墨稀、碳纳米管)复合形成三元异质结是一种较为有效的手段。已有的文献报道了合成Ag/ZnO-石墨烯和Ag/ZnO-碳纳米管等三元异质结来提高ZnO的可见光催化性能。目前，该领域还存在以下几方面的问题:(1)虽然石墨烯、碳纳米管等碳材料具有优异的物理、化学性能，但是其合成过程相对复杂且易对环境造成污染，成本相对较高；(2)这些三元异质结的合成通常是先采用ZnO与碳材料复合，然后再通过光还原或还原剂还原的方式沉积Ag，过程较为繁琐；(3)报道的三元异质结具有特定形貌的较少，而材料的微观形貌对其光催化性能具有重要的影响。作为碳材料的一种，由葡萄糖溶液水热条件下合成的碳球具有合成条件简单，成本低廉，环境友好，形貌易控制，物理、化学性能稳定及优良的电子传输性能等优点，可以与光催化剂复合提高光生电子空穴对的分离效率，从而达到提高其光催化性能的目的，虽然有文献报道碳球负载CuO、CdS等纳米颗粒来提高材料的光催化性能，但是尚未有碳球负载ZnO，特别是负载具有一定形貌ZnO形成壳核异质结结构复合材料的报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种具有良好光催化性能的，Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂能够充分利用ZnO、Ag纳米颗粒及碳球之间的协同效应，即利用Ag纳米颗粒的等离子体效应增加ZnO对可见光的吸收以及利用碳球及Ag纳米颗粒的优良导线性能来提高光生电子空穴对的分离效率，从而提高其可见光催化性能。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，，其特征在于是通过ZnO包裹碳球形成壳核结构，Ag纳米颗粒沉积在ZnO表面形成的Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂，其具体步骤为:(I)将摩尔浓度为0.2-0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180°C水热反应8_12h得到平均直径为0.2-1 μ m的碳球；(2)将5-50mg步骤(I)得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25-3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005-0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5-13.5形成悬浮液；(3)在搅拌的条件下将2-llmL摩尔浓度为0.lmol/L的硝酸银溶液滴加到步骤(2)得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90-110°C反应4-12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60°C真空干燥制得不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。本专利技术所述的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为:(I)将摩尔浓度为0.2mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180°C水热反应12h得到平均直径为0.2 μ m的碳球；(2 )将5mg步骤(I)得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为13.5形成悬浮液；(3)在搅拌的条件下将IlmL摩尔浓度为0.lmol/L的硝酸银溶液滴加到步骤(2)得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90°C反应12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60°C真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。本专利技术所述的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为:(I)将摩尔浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180°C水热反应Sh得到平均直径为I μ m的碳球；(2 )将25mg步骤(I)得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.8:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.025:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为12.5形成悬浮液；(3)在搅拌的条件下将9mL摩尔浓度为0.lmol/L的硝酸银溶液滴加到步骤(2)得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于100°C反应4h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60°C真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。本专利技术所述的柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为:(I)将摩尔浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180°C水热反应Sh得到平均直径为I μ m的碳球；(2 )将50mg步骤(I)得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5形成悬浮液；(3)在搅拌的条件下将2mL摩尔浓度为0.lmol/L的硝酸银溶液滴加到步骤(2)得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于110°C反应10h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60°C真空干燥制得柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。本专利技术与现有技术相比具有以下显著优点:1、三元壳核结构异质结光催化剂Ag/ZnO-碳球不仅对可见光具有较强的吸收，而且具有优良的可见光催化性能；2、碳球作为碳材料替代石墨烯、碳纳米管与ZnO复合，有效的简化了碳材料的合成工艺，并且成本较低，环境友好；3、本专利技术的三元壳核结构异质结光催化剂Ag/ZnO-碳球具有片花状及柱花状微观形貌，其中片花状形貌不但可以有效防止纳米颗粒之间的团聚，增加催化剂的比表面积，而且更有利于光在纳米片之间的传递，提高光的利用效率；4、本专利技术中不同形貌壳核结构异质结光催化剂Ag/ZnO-碳球的合成所用原料价廉易得，绿色环保，ZnO的生成、ZnO纳米片(或六棱柱)直接生长在碳球上以及Ag+被还原为Ag纳米颗粒是通过一步反应得到的，方法简单，条件温和且仅通过调整反应参数即可有效调控光催化剂的微观形貌。【附图说明】图1是本专利技术实施例2制得的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的扫描电镜图及高倍透射电镜图； 图2是本专利技术实施例3制得的柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的扫描电镜图； 图3是本专利技术实施例2制得的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂和片花状ZnO光催化剂可见光下对活性材料GR黑降解情况的对比图(催化剂量:0.6g/L，GR黑染料浓度:10mg/L)o【具体实施方式】以下通过实施例对本专利技术的上当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于是通过ZnO包裹碳球形成壳核结构，Ag纳米颗粒沉积在ZnO表面形成的Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂，其具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.2‑0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8‑12h得到平均直径为0.2‑1μm的碳球；（2）将5‑50mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25‑3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005‑0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5‑13.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将2‑11mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90‑110℃反应4‑12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓华，周建国，娄向东，赵凤英，武广利，李彩珠，王晓兵，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41