一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，属于环境保护、光催化技术领域，所制备的ZnO三元复合光催化剂具有比单独的ZnO粒子、ZnO/ZnSe复合材料更高的光降解与消毒性能，在可见光下对甲基橙的降解达91.5％，可使4.95log的大肠杆菌失活，该法制备过程简单，所采用的原料便宜，成本较低，具有良好的环境效益和很好的应用前景，本发明专利技术公开了一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法结合了MoSe

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法
本专利技术属于材料制备、光催化技术与环境污染治理
，涉及一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法。
技术介绍
与染料有关的有机污染物和与微生物有关的生物污染引起的水污染问题日益引起人们的广泛关注。全世界每年约有5，000-10，000吨染料从纺织工业释放到水体中，约占工业用水污染的20％。关于生物污染，以废水中的有害细菌为例，已被确定为传染病的原因之一。因此，迫切需要开发一种有效的方法来消除废水中的染料和有害细菌。光催化技术以最大程度地利用太阳光来去除有害有机污染物，以及可见光驱动的消毒过程作为一种有前途的高级氧化技术，可用于消除无紫外线，无抗生素抗性或致癌性消毒副产物的病原细菌，对环境无害等优点而备受关注。纳米半导体材料ZnO以其良好的光催化活性和抗菌活性以及无毒、廉价、强大的激发结合能(60meV)等优点而成为当前最具有应用潜力的光催化剂。然而，ZnO带隙较宽，只对紫外光(占太阳光能量的3-5％)响应，光催化反应量子效率低，这使ZnO在实际应用中受限。将ZnO与窄禁带半导体复合是制备具有可见光响应材料的有效方法。近年来，由于ZnSe具有2.70eV的带隙且具有出色的光敏性被认为是一种良好的光催化材料。且有研究表明，ZnO和ZnSe形成的Ⅱ型结构可以显着促进光生载流子的分离，并扩大ZnO对可见光的吸收范围，使得获得高的催化性能。Muhammad等人(One-potfacilesynthesisoftheZnO/ZnSeheterostructuresforefficientphotocatalyticdegradationofazodye)设计出ZnO/ZnSe最优比例下对刚果红的降解率是纯ZnO的3.8倍。然而，ZnO/ZnSe仅对可见光区域具有很小的吸收，因此其应用仍然受到限制。为了解决这个问题，二元体系的光催化性能仍然需要进一步提高。最近的研究表明，在异质结构纳米复合材料的构建中，更多能级的耦合不仅导致总带隙能量的降低，而且导致电子/空穴对的复合率降低。此外，三元光催化剂利用多组分协同作用来代替简单的单组分叠加以提高效率。中国专利201910000869.9合成了ZnO/ZnS/ZnSe复合纳米带，在太阳光照射下表现出较高的活性。MoSe2的窄带隙为1.7-1.9eV，可产生更大范围的光吸收，并且其独特的夹心层状结构可提供巨大的比表面积，因此已被证明是可见光光催化的良好助催化剂。但是易团聚、存在光生载流子复合严重而致其光量子效率低。所以本专利技术合成ZnO、ZnSe和MoSe2异质结构复合催化剂，实现催化剂在可见光下具有较好的光催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，解决了现有技术中存在的ZnO在可见低能耗条件下降解效率低的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、制备ZnO纳米粒子；制备MoSe2纳米花；制备ZnO纳米粒子按照以下实施，将乙酸锌放入无水乙醇，超声形成溶液A；将草酸溶于无水乙醇并在室温下搅拌形成溶液B；在热水浴条件下将溶液B以3～4秒的速度滴入溶液A，连续搅拌得到溶胶，将溶胶陈化一段时间得到凝胶，并放入60℃干燥箱烘干，最后放入马弗炉煅烧，煅烧完成后，得到ZnO。步骤2、将ZnO粉末、Se粉和NaBH4散在乙醇和去离子水的混合液中；然后加入MoSe2纳米花并超声搅拌，再转移到100ml不锈钢高压釜中恒温热反应，待反应完毕后冷却至室温，将混合物离心收集，并用去离子水、乙醇反复洗涤3次，得到的浅绿色沉淀于60℃干燥12h，得到ZnO三元复合光催化剂。本专利技术的特点还在于：步骤1中，溶液A为1.83g乙酸锌和60ml乙醇，溶液B为5.04g草酸和40ml乙醇，水浴温度60℃，陈化时间24～36h。步骤1中制备MoSe2纳米花具体按照以下实施，将二水合钼酸钠和硒粉溶解在60mL乙醇和去离子水的混合溶液中，然后，将悬浮液转移至100ml聚四氟乙烯水热反应釜中恒温热反应，冷却至环境温度后，获得沉淀物，并依次用乙醇和蒸馏水洗涤几次，得到的黑色固体在80℃真空环境下干燥12h，即为MoSe2纳米花。二水合钼酸钠和硒粉的比例为3:1～2:1，所述恒温热反应的温度为180～200℃，反应时间为18～22h。步骤2中，所用硒粉、硼氢化钠和氧化锌的用量比为0.076～0.24g：0.038～0.11g：0.1～0.4g，MoSe2的质量为0.5～2mg；步骤2中，水和乙二醇的质量比为1:1，不锈钢高压釜的温度为180～240℃，反应时间为18～24h。步骤2中，将混合物在4000～5000r/min离心收集。马弗炉内煅烧的方法为：在空气气氛下，在300～700℃下恒温保持2～4h，升温速率3～5℃/min。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，解决了现有技术中存在的ZnO在可见低能耗条件下降解效率低的问题。所制备的ZnO/ZnSe/MoSe2复合光催化剂具有比单独ZnO、ZnO/ZnSe更高的光催化能力，这克服了单一催化材料存在的缺陷并通过构建多异质结界面促进电荷分离作用。该方法所用化学试剂少，制备工艺简单，不需要复杂昂贵的设备，其制备的ZnO/ZnSe/MoSe2复合催化剂不会引入杂质、纯度高，降解甲基橙与抑制大肠杆菌的光催化效果显著，构建了逐级电子转移机制，加速了光生载流子的分离；利用MoSe2的光吸收广谱性，扩展了光吸收范围，从而提高了光催化活性，先采用溶胶-凝胶法制备ZnO，再通过水热法制备ZnO/ZnSe和ZnO/ZnSe/MoSe2三元复合物。制备方法简单，可见光催化效率高，在光催化领域具有广阔的应用前景，制备的ZnO/ZnSe/MoSe2复合光催化材料在模拟可见光下对甲基橙具有优异的降解性能以及对大肠杆菌具有良好的抑制或杀菌性能，采用的原料便宜，成本较低，所制备的ZnO/ZnSe/MoSe2复合光催化剂对环境无污染。附图说明图1是本专利技术一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法制备的复合光催化剂的扫描电镜图；图2是本专利技术一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法中不同光催化剂对甲基橙的降解速率图。图3是本专利技术一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法中不同光催化剂的抑菌图。图4是本专利技术一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法中制备的复合光催化剂对不同浓度甲基橙的降解效率。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、制备ZnO纳米粒子；制备MoSe2纳米花；制备ZnO纳米粒子按照以下实施，将乙酸锌放入无水乙醇，超声形成溶液A；将草酸溶于无水乙醇并在室温下搅拌形成溶液B；在热水浴条件下将溶液B以3～4秒的速度滴入溶液A，连续搅拌得到溶胶，将溶胶陈化一段时间得到凝胶，并放入60℃干燥箱烘干，最后放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、制备ZnO纳米粒子；制备MoSe

【技术特征摘要】
1.一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、制备ZnO纳米粒子；制备MoSe2纳米花；
制备ZnO纳米粒子按照以下实施，将乙酸锌放入无水乙醇，超声形成溶液A；将草酸溶于无水乙醇并在室温下搅拌形成溶液B；在热水浴条件下将溶液B以3～4秒的速度滴入溶液A，连续搅拌得到溶胶，将溶胶陈化一段时间得到凝胶，并放入60℃干燥箱烘干，最后放入马弗炉煅烧，煅烧完成后，得到ZnO。
步骤2、将ZnO粉末、Se粉和NaBH4散在乙醇和去离子水的混合液中；然后加入MoSe2纳米花并超声搅拌，再转移到100ml不锈钢高压釜中恒温热反应，待反应完毕后冷却至室温，将混合物离心收集，并用去离子水、乙醇反复洗涤3次，得到的浅绿色沉淀于60℃干燥12h，得到ZnO三元复合光催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，溶液A为1.83g乙酸锌和60ml乙醇，溶液B为5.04g草酸和40ml乙醇，水浴温度60℃，陈化时间24～36h。


3.根据权利要求1所述的一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中制备MoSe2纳米花具体按照以下实施，将二水合钼酸钠和硒粉溶解在60mL乙醇和去离子水的混合溶液中，然后，将悬浮液转移至100m...

【专利技术属性】
技术研发人员：武占省，杨燕，李云锋，刘啸尘，张洛红，武峥，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61