一种蜂窝状Au-ZnO异质结可见光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术一种蜂窝状Au‑ZnO异质结可见光催化剂的制备方法，属于纳米材料制备与应用技术领域，该方法将Au纳米颗粒与具有紫外光催化活性的ZnO复合形成蜂窝状Au‑ZnO异质结作为光催化降解工业废水中有机染料的催化剂，由于复合物利用了具有催化活性且在可见光区有吸收的Au纳米颗粒作为电子传递介质，同时发挥ZnO纳米颗粒的稳定性能、小尺寸效应、紫外光响应等优点，使纳米Au核与ZnO之间发生协同作用，从而提高量子产率，拓宽了光响应范围。采用紫外可见光谱仪对催化性能进行检测，并可确定催化剂在反应结束后是否失活以及催化剂循环使用情况。本发明专利技术方法简单、环保、低成本；此方法对可见光催化降解染料废水具有很大的实际应用意义。

Preparation method of honeycomb Au-ZnO heterojunction visible light catalyst

The invention is a preparation method of honeycomb Au ZnO heterojunction visible light catalyst, which belongs to the field of preparation and application of nanomaterials. The method combines Au nanoparticles and ZnO with UV photocatalytic activity to form a honeycomb Au ZnO heterojunction as a catalyst for photocatalytic degradation of organic dyes in industrial waste water. The compound uses the Au nanoparticles as the electron transfer medium with catalytic activity and absorbs in the visible light region. At the same time, it plays the advantages of the stability, small size effect and ultraviolet response of the ZnO nanoparticles, so that the nano Au nucleus and the ZnO have synergistic effect, thus improving the quantum yield and broadening the light response range. The UV VIS spectrometer was used to detect the catalytic activity and determine whether the catalyst was deactivated after the reaction and the recycle of the catalyst. The method is simple, environment-friendly and low cost. This method has great practical significance for photocatalytic degradation of dye wastewater by visible light.

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝状Au-ZnO异质结可见光催化剂的制备方法
本专利技术属于纳米材料的制备及应用领域，具体的说涉及一种蜂窝状Au-ZnO异质结可见光催化剂的制备方法。
技术介绍
据调查，ZnO微纳米材料可以紫外光照下催化降解染料废水，降解成本较低，对环境无二次污染，但存在对可见光利用率低的问题。因为太阳光中只有4％是紫外光，需要紫外光照射产生ZnO微纳米材料电子和空穴发生分离，利用空穴氧化将染料降解，因此，提升太阳光利用率，使催化剂内部电子空穴对越多，催化活性越明显，而氧化锌内部的电子和空穴对很容易复合，大大降低了它的光催化效率。贵金属Au具有稳定性好，易还原，电荷储存能力高，生物亲和性好，能够吸收可见光等优点。将贵金属Au与ZnO复合，对ZnO进行改性，可以显著增强其催化活性。然而，目前存在的一些制备Au-ZnO异质结的方法大都需要苛刻的反应条件，因此探索高效的、制备方法简单的催化剂仍然是研究的热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种蜂窝状可Au-ZnO异质结见光催化剂的制备方法，该方法简单易行，产率较高，所制备的Au-ZnO异质结催化剂具有更强的可见光催化作用。本专利技术的目的是这样实现的：该催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)、ZnO微纳米棒溶胶的制备，向10mL分析纯的乙二醇溶剂中加入溶剂总体积1/50—1/10体积的浓度为2mol/dm3的Zn(Ac)2·2H2O，再加入体积为Zn(Ac)2·2H2O的1/2、浓度为1mol/dm3的六次亚甲基四胺水溶液，室温25℃下低速搅拌1小时，转速为300rpm，从而制得ZnO微纳米棒溶胶；(2)、Au纳米粒子的制备，冰水浴下将1cm3浓度为0.1mmol/dm3的NaBH4逐滴加入到100cm3浓度为3mmol/dm3的淡黄色HAuCl4溶液中，并不断搅拌，转速为800rpm，可以观察到溶液逐渐变成酒红色，继续搅拌15分钟，从而获得Au纳米粒子；(3)、Au-ZnO异质结可见光催化剂的制备，将步骤(2)制得的酒红色Au纳米粒子添加到步骤(1)中制得的ZnO微纳米棒溶胶中，在600rpm混合搅拌2h，得到棕灰色混合物，之后将混合物转入高压反应釜中，再将反应釜放入烘箱100℃反应8h，自然冷却到室温，二者复合后形成液相的Au-ZnO异质结，再进行离心处理，其离心转速6000rpm、离心时间5min，用分析纯的乙二醇洗涤3次去除样品表面的残余杂质离子，离心后的Au-ZnO样品经烘箱80℃、烘干24h，再放入马弗炉中550℃煅烧1h，形成最终产品——蜂窝状Au-ZnO异质结可见光催化剂。上述步骤(1)中提到的乙二醇溶剂每体积份一般指10mL，也可以按此比例放大。本专利技术具有以下优点和积极效果：1、本专利技术方法所合成的催化剂样品纯度高，合成工艺简单。具有环保、低成本；提升了可见光利用率，对工业有色染料废水降解检测有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术蜂窝状Au-ZnO异质结的SEM图像和高分辨TEM图像；图2是本专利技术蜂窝状Au-ZnO异质结的X射线衍射图；图3是本专利技术蜂窝状Au-ZnO异质结、纯ZnO及无催化剂对照的光催化降解图；具体实施方式一种蜂窝状可见光催化剂Au-ZnO异质结的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)、ZnO微纳米棒溶胶的制备，向10mL分析纯的乙二醇溶剂中加入溶剂总体积1/50—1/10体积的浓度为2mol/dm3的Zn(Ac)2·2H2O，再加入体积为Zn(Ac)2·2H2O的1/2、浓度为1mol/dm3的六次亚甲基四胺水溶液，室温25℃下低速搅拌1小时，转速为300rpm，从而制得ZnO微纳米棒溶胶；(2)、Au纳米粒子的制备，冰水浴下将1cm3浓度为0.1mmol/dm3的NaBH4逐滴加入到100cm3浓度为3mmol/dm3的淡黄色HAuCl4溶液中，并不断搅拌，转速为800rpm，可以观察到溶液逐渐变成酒红色，继续搅拌15分钟，从而获得Au纳米粒子；(3)、Au-ZnO异质结的制备方法，将步骤(2)制得的酒红色Au纳米粒子添加到步骤(1)中制得的ZnO微纳米棒溶胶中，在600rpm混合搅拌2h，得到棕灰色混合物，之后将混合物转入高压反应釜中，再将反应釜放入烘箱100℃反应8h，自然冷却到室温，二者复合后形成液相的Au-ZnO异质结，再进行离心处理，其离心转速6000rpm、离心时间5min，用分析纯的乙二醇洗涤3次去除样品表面的残余杂质离子；离心后的Au-ZnO样品经烘箱80℃，烘干24h，再放入马弗炉中550℃煅烧1h，形成最终产品——蜂窝状Au-ZnO异质结可见光催化剂。采用扫描电子显微镜及高分辨透射电子显微镜表征上述方法制备的Au-ZnO异质结的形貌，从图1【(a)蜂窝状Au-ZnO异质结的SEM图像；(b)蜂窝状Au-ZnO异质结的高分辨TEM图像】扫描电子显微镜及高分辨透射电子显微镜图像可以看出，所制备出的样品是Au-ZnO异质结；从图2样品的XRD图像可以看出，Au-ZnO异质结的所有的衍射峰位置都对应ZnO及Au的峰，并且无任何杂质峰，说明所制备出的Au-ZnO异质结的纯度很高，结晶性很好；从图3样品的可见光催化降解染料罗丹明6G的降解率效图可以看出，制备的蜂窝状Au-ZnO异质结催化效果明显优于纯ZnO。上述步骤(1)中提到的乙二醇溶剂每体积份一般指10mL，也可以按此比例放大。本专利技术采用的所有试剂均为分析纯。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂窝状Au‑ZnO异质结可见光催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)、ZnO微纳米棒溶胶的制备，向10mL分析纯的乙二醇溶剂中加入溶剂总体积1/50—1/10体积的浓度为2mol/dm3的Zn(Ac)2·2H2O，再加入体积为Zn(Ac)2·2H2O的1/2、浓度为1mol/dm3的六次亚甲基四胺水溶液，室温25℃下低速搅拌1小时，转速为300rpm，从而制得ZnO微纳米棒溶胶；(2)、Au纳米粒子的制备，冰水浴下将1cm3浓度为0.1mmol/dm3的NaBH4逐滴加入到100cm3浓度为3mmol/dm3的淡黄色HAuCl4溶液中，并不断搅拌，转速为800rpm，可以观察到溶液逐渐变成酒红色，继续搅拌15分钟，从而获得Au纳米粒子；(3)、Au‑ZnO异质结可见光催化剂的制备，将步骤(2)制得的酒红色Au纳米粒子添加到步骤(1)中制得的ZnO微纳米棒溶胶中，在600rpm混合搅拌2h，得到棕灰色混合物，之后将混合物转入高压反应釜中，再将反应釜放入烘箱100℃反应8h，自然冷却到室温，二者复合后形成液相的Au‑ZnO异质结，再进行离心处理，其离心转速6000rpm、离心时间5min，用分析纯的乙二醇洗涤3次去除样品表面的残余杂质离子；离心后的Au‑ZnO样品经烘箱80℃，烘干24h，再放入马弗炉中550℃煅烧1h，形成最终产品——蜂窝状Au‑ZnO异质结可见光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状Au-ZnO异质结可见光催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)、ZnO微纳米棒溶胶的制备，向10mL分析纯的乙二醇溶剂中加入溶剂总体积1/50—1/10体积的浓度为2mol/dm3的Zn(Ac)2·2H2O，再加入体积为Zn(Ac)2·2H2O的1/2、浓度为1mol/dm3的六次亚甲基四胺水溶液，室温25℃下低速搅拌1小时，转速为300rpm，从而制得ZnO微纳米棒溶胶；(2)、Au纳米粒子的制备，冰水浴下将1cm3浓度为0.1mmol/dm3的NaBH4逐滴加入到100cm3浓度为3mmol/dm3的淡黄色HAuCl4溶液中，并不断搅拌，转速为800rpm，可以观察到溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德武，翟宏菊，关壬铨，王立晶，孙茂宇，翟禹彤，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22