本发明专利技术公开了一种铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料及其制备的方法，该材料是一种具有空心结构的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其化学表达式为ZnFe2O4/C/ZnO；该材料的制备方法是利用Fe3O4@C空球为模板，在溶剂加热的条件下，通过原位反应得到尺寸均一、形貌规则的ZnFe2O4/C/ZnO复合空心纳米颗，其中尺寸大约为350nm，形貌为空心球状结构。本发明专利技术首次提出以Fe3O4@C空心纳米球为模板，合成该ZnFe2O4@C@ZnO复合纳米空心球；工艺先进，制备出的产品具有优异性能；制备工艺简单、易操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料制备领域，涉及氧化物纳米空心球的制备，特别是一种兼具磁性、光催化和葡萄糖检测性能的ZnFe2O4/C/ZnO复合空心纳米球的制备。
技术介绍
ZnO作为一种重要的宽带隙半导体，已被广泛地应用于气敏元件、光催化等领域。然而，由于ZnO的带隙高达3.2eV，在太阳光中只有短波长的紫外光才能使其产生光生电子和空穴。但在太阳光中，紫外光的含量仅占5％，大部分的可见光(50％)却无法激发ZnO，这限制了它的广泛应用。为了解决这一问题，将宽带隙的ZnO与窄带隙的半导体复合在一起，是一种提高太阳光利用率、促进其电子与空穴分离并提高其光催化效率的有效途径。ZnFe2O4是一种窄带隙(1.9eV)的半导体材料，可以利用大部分的可见光。此外，ZnFe2O4还具有良好的化学稳定性以及较高的铁磁性。但半导体ZnFe2O4在可见光激发下，其光生电子和空穴的复合速率较快，总体利用效率不高。如果将ZnO和ZnFe2O4复合在一起形成异质结构，该结构将能同时促进两种半导体的光生电子与空穴的分离，从而大大提高光催化效率。近年来，文献报道了一些关于ZnO/ZnFe2O4复合材料的合成方法，具体如下：荷兰《合金与化合物杂志》(JournalofAlloysandCompounds，2013年，第564卷，第55–62页)报道了在水热法条件下，加入锌源和铁源，一步合成ZnFe2O4/ZnO复合纳米颗粒。此方法得到的纳米颗粒没有规则形状，团聚现象严重。瑞士《化学工程学报》(ChemicalEngineeringJournal，2013年，第217卷，第185–191页)报道了以ZnFe2O4为模板，合成具有核壳结构的ZnFe2O4/ZnO复合纳米颗粒。由于ZnFe2O4自身的形貌不规则且尺寸不均一，导致合成的复合纳米颗粒的形貌也不规则。美国《物理化学杂志》(JournalofPhysicalChemistryC，2010年，第114卷，第17455–17459页)报道了一种以碳球为模板，加入摩尔比为1:2的锌源铁源，在碱性条件下，形成金属氢氧化物，通过高温退火，得到空心结构的ZnFe2O4/ZnO纳米复合材料。此方法得到的颗粒尺寸较大，材料的比表面积小，不利于光催化反应的进行。此外，在高温除去碳模板时，容易引起空球结构的坍塌。德国《先进材料》(AdvancedMaterials，2014年，第26卷，第6622–6628页)报道了以金属有机骨架材料(MOFs)为前驱体，通过退火过程，合成ZnFe2O4/ZnO/C纳米复合材料。这种方法合成过程比较繁琐，设备和技术条件要求较高。美国《ACS应用材料和界面》(ACSAppliedMaterials&Interfaces，2015年，第7卷，第17811-17818页)报道了以ZnO空球为模板，加入铁源，通过高温退火过程，合成了具有双层空球结构的ZnFe2O4/ZnO复合纳米材料。此方法中ZnO模板的尺寸在微米级，导致复合纳米颗粒尺寸过大。颗粒尺寸过大，降低其比表面积，不利于光催化反应。综上所述，当前在合成形貌规则、尺寸均一、具有空心结构的ZnFe2O4/ZnO复合纳米材料上依然存在挑战，在本专利技术中我们提出了一种低成本、简便的合成ZnFe2O4/ZnO复合空心纳米球的方法。通过这种方法合成的ZnFe2O4/ZnO复合空心纳米球具有形貌规则、尺寸均一(约400nm)以及良好的分散性。同时，该方法制备的颗粒，具有较好的铁磁性，产物的成份和性能可控，在光催化降解染料以及葡萄糖检测等方面表现出良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种新的制备ZnFe2O4/C/ZnO复合纳米空心球的方法，以克服现有技术存在的上述缺点。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，是一种具有空心结构的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其化学表达式为ZnFe2O4/C/ZnO。所述的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其尺寸为320-370nm，其形貌为空心球状结构。本专利技术提供的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，具体是：利用Fe3O4@C空球为模板，在溶剂加热的条件下，通过原位反应得到尺寸均一、形貌规则的ZnFe2O4/C/ZnO复合空心纳米颗，其中尺寸为320-370nm，形貌为空心球状结构。本专利技术提供的上述的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、利用方法合成SiO2颗粒：(1)将乙醇、去离子水、氨水按体积比25:2:1混合，快速搅拌30min，使氨水充分分散于反应体系中；(2)将3mLTEOS快速加入到上述溶液中，快速搅拌，待溶液出现乳白色，降低搅拌速度，继续搅拌4h，将所得产物离心后，用去离子水洗涤多次，最终分散于去离子水中，配成浓度为0.6M的溶液备用；B、合成核壳结构SiO2@Fe3O4@C纳米颗粒：(1)取2～6mL上述硅球，离心，用丙酮洗涤多次，最终分散于30mL丙酮中；(2)将0.6g二茂铁加入上述悬浊液中，超声30min，加入3mL质量分数为30％H2O2，搅拌30min，密封在内衬为聚四氟乙烯，外壳为钢质材料的反应容器中，于200℃反应24～48h；反应完成后，自然冷却至室温，离心，洗涤，得到具有核壳结构的SiO2@Fe3O4@C纳米颗粒；C、合成双壳层的Fe3O4@C空球纳米颗粒：将所得的SiO2@Fe3O4@C纳米颗粒，分散于10mL去离子水和5mL氨水的混合溶液中，搅拌3min，封在内衬为聚四氟乙烯，外壳为钢质材料的反应容器中，于140℃～160℃反应4～8h；自然冷却至室温，用去离子水洗涤三次，得到具有双层空球结构的Fe3O4@C纳米颗粒；D、合成ZnFe2O4/C@/ZnO复合空心纳米球：采用溶剂热法，具体是：将Fe3O4@C纳米颗粒分散于丙酮、乙醇胺的混合溶液中，超声30min，加入一定量的锌源，Fe与锌源的摩尔比为(6～1):(0～1)，搅拌10min，封在内衬为聚四氟乙烯，外壳为钢质材料的反应容器中，于200℃反应12～36h；再经磁分离和洗涤后，得到ZnFe2O4/C/ZnO复合空心纳米球。上述步骤D中，所述丙酮:乙醇胺体积比为1:1。上述步骤D中，所述锌源采用硝酸锌、醋酸锌、氯化锌中的一种。上述步骤D中，所述锌源采用醋酸锌。上述步骤D中，所述Fe与锌源的摩尔比为3:2。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要优点：1.首次提出以Fe3O4@C空心纳米球为模板，合成该ZnFe2O4@C@ZnO复合纳米空心球。2.工艺先进，制备出的产品具有优异性能。采用Fe3O4@C空心纳米球作为模板，通过原位反应制备复合纳米颗粒，反应结束后不需移除模板，有效的避免高温退火过程对空心结构的破坏，此种方法制备出的复合纳米颗粒结构稳定，且其成份和性能易调控。该复合纳米空心球具有均一的尺寸、规则的结构、成份和性能易调控，以及良好的分散性。在光催化降解有机物和比色法检测葡萄糖实验中表现出了优异的性能。3.制备方法工艺简单、易操作。由于采用溶剂热法合成，所以操作简单，成本低，对设备的要求低。附图说明图1是四氧化三铁/碳(Fe3O4@C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其特征是一种具有空心结构的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其化学表达式为ZnFe2O4/C/ZnO。
【技术特征摘要】
1.一种铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其特征是一种具有空心结构的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其化学表达式为ZnFe2O4/C/ZnO。2.根据权利要求1所述的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其特征在于所述的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料，其尺寸大约为350nm，其形貌为空心球状结构。3.一种铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征是利用Fe3O4@C空球为模板，在溶剂加热的条件下，通过原位反应得到尺寸均一、形貌规则的ZnFe2O4/C/ZnO复合空心纳米颗，其中尺寸大约为350nm，形貌为空心球状结构。4.根据权利要求3所述的铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：A、利用方法合成SiO2颗粒：(1)将乙醇、去离子水、氨水按体积比25:2:1混合，快速搅拌30min，使氨水充分分散于反应体系中；(2)将3mLTEOS快速加入到上述溶液中，快速搅拌，待溶液出现乳白色，降低搅拌速度，继续搅拌4h，将所得产物离心后，用去离子水洗涤多次，最终分散于去离子水中，配成浓度为0.6M的溶液备用；B、合成核壳结构SiO2@Fe3O4@C纳米颗粒：(1)取2～6mL上述硅球，离心，用丙酮洗涤多次，最终分散于30mL丙酮中；(2)将0.6g二茂铁加入上述悬浊液中，超声30min，加入3mL质量分数为30％H2O2，搅拌30min，密封在内衬为聚四氟乙烯，外壳为钢质材料的反应容器中，于200℃反应24～48h；反应...
【专利技术属性】
技术研发人员：李正全，李丹，柏嵩，蓝剑雄，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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