一种基于氧化锌的复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种基于氧化锌的复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种复合光催化剂，包括Au/ZnO复合载体和负载在所述Au/ZnO复合载体表面的碳量子点；所述Au/ZnO复合载体包括纳米ZnO和修饰在所述ZnO表面的Au纳米颗粒。本发明专利技术提供的复合光催化剂，其三元结构将Au纳米颗粒以及碳量子点成功地引入到ZnO的光催化改性中，使得改性后的ZnO既能吸收紫外光，也能够吸收可见光和近红外光，从而极大地拓宽了光吸收范围，提高了复合光催化剂的催化效率。提高了复合光催化剂的催化效率。提高了复合光催化剂的催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化锌的复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，具体涉及一种基于氧化锌的复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，光催化技术因其能够在太阳能的驱动下降解有机物、分解水制氢、还原二氧化碳制备烷基烃和还原重金属离子等特性而被广泛应用。催化原理具体为：半导体光催化剂在太阳能的驱动下，价带中的电子会跃迁至导带中，在导带中形成光生电子，价带中形成光生空穴。光生电子和空穴会迁移至催化剂表面，与附着在催化剂表面的有机物发生氧化还原反应，从而达到降解有机物的目的。
[0003]ZnO和TiO2等传统工业光催化剂已被广泛应用于生产生活中，然而，这些传统光催化剂由于带隙较大，因此只能在紫外光的驱动下进行光催化反应。但是，太阳光中仅含有4％的紫外光，这就使得这些工业光催化剂的催化效率得到极大的限制。为了提升这种工业光催化剂的催化效率，人们已经采用元素掺杂、构建异质结和贵金属修饰等方法对光催化剂进行了改性。
[0004]然而，现有技术中的上述改性方式仅能够改善光催化剂在有限波段的光吸收进程，对光催化作用效率的提升作用并不十分显著。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于氧化锌的复合光催化剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的复合光催化剂既能吸收紫外光，也能够吸收可见光和近红外光，具有较高的光催化效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种复合光催化剂，包括Au/ZnO复合载体和负载在所述Au/ZnO复合载体表面的碳量子点；
[0008]所述Au/ZnO复合载体包括纳米ZnO和修饰在所述ZnO表面的Au纳米颗粒。
[0009]优选地，所述ZnO和Au纳米颗粒的质量比为1：(0.02～0.32)；
[0010]所述ZnO和碳量子点的质量比为1：(0.0005～0.008)。
[0011]优选地，所述纳米ZnO为ZnO纳米线、ZnO纳米管或ZnO纳米颗粒；
[0012]所述ZnO的直径为50～200nm。
[0013]优选地，所述Au纳米颗粒的直径为1～30nm；
[0014]所述碳量子点的粒径<10nm。
[0015]本专利技术还提供了上述上技术方案所述复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将ZnO分散液与氯金酸溶液混合，进行光还原反应，得到Au/ZnO复合载体；
[0017]将所述Au/ZnO复合载体、碳量子点和水混合，进行水热反应，得到所述复合光催化剂。
[0018]优选地，所述ZnO分散液的固含量为0.5～5g/L；
[0019]所述ZnO分散液的溶剂为水和无水乙醇的混合液；
[0020]所述水和无水乙醇的混合液中水和无水乙醇的体积比为1：(0.2～1)。
[0021]优选地，所述氯金酸溶液的浓度为5～50mmol/L。
[0022]优选地，所述光还原反应的光源包括氙光灯、汞光灯或紫外光灯；
[0023]所述光源的功率为100～300W；
[0024]所述光还原反应的时间为5～20min。
[0025]优选地，所述水热反应的温度为60～100℃，时间为30～120min。
[0026]本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合光催化剂或上述技术方案所述制备方法得到的复合光催化剂在光催化领域的应用。
[0027]本专利技术提供了一种复合光催化剂，包括Au/ZnO复合载体和负载在所述Au/ZnO复合载体表面的碳量子点；所述Au/ZnO复合载体包括纳米ZnO和修饰在所述ZnO表面的Au纳米颗粒。本专利技术提供的复合光催化剂，其中ZnO表面沉积的Au纳米颗粒中较小的颗粒能够有效的俘获电子，较大的Au纳米颗粒能够吸收可见光产生等离子体共振(SPR)效应以激发热电子，并将热电子注入到ZnO的导带中。修饰在Au/ZnO复合光催化剂表面的碳量子点作为一种良好的上转换材料，能够吸收红外光产生可见光，这些可见光能够被Au纳米颗粒吸收，进一步促进了Au纳米颗粒的等离子体共振(SPR)效应，使得更多的电子进入ZnO的导带中参与光催化反应。同时，碳量子点还能够起到促进传导和俘获电子的作用。复合光催化剂的三元结构将Au纳米颗粒以及碳量子点成功地引入到ZnO的光催化改性中，使得改性后的ZnO既能吸收紫外光，也能够吸收可见光和近红外光，从而极大地拓宽了光吸收范围，提高了复合光催化剂的催化效率。
[0028]实施例的结果数据显示，本专利技术提供的复合光催化剂的光吸收范围得到明显增加。本专利技术提供的复合光催化剂在光照150min后降解有机染料罗丹明B的降解率达到了91.8％。可见，本专利技术提供的复合光催化剂具有优异的光催化效果。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术所述复合光催化剂的催化机理示意图；
[0031]图2为实施例1所述复合光催化剂的制备方法流程图；
[0032]图3为对比例1所得ZnO光催化剂、对比例2所得Au/ZnO复合载体和实施例1所得复合光催化剂的XRD图谱；
[0033]图4为实施例1所得复合光催化剂的TEM图；
[0034]图5为实施例1所得复合光催化剂的HRTEM图；
[0035]图6为实施例1所得复合光催化剂的Mapping图；
[0036]图7为对比例1所得ZnO光催化剂、对比例2所得Au/ZnO复合载体和实施例1所得复合光催化剂的漫反射光谱图；
[0037]图8为实施例1所得复合光催化剂中碳量子点的3D荧光光谱图；
[0038]图9为对比例1～3所得光催化剂和实施例1所得复合光催化剂催化降解有机染料罗丹明B(RhB)的柱状图。
具体实施方式
[0039]本专利技术提供了一种复合光催化剂，包括Au/ZnO复合载体和负载在所述Au/ZnO复合载体表面的碳量子点；
[0040]所述Au/ZnO复合载体包括纳米ZnO和修饰在所述ZnO表面的Au纳米颗粒。
[0041]在本专利技术中，所述纳米ZnO优选为ZnO纳米线、ZnO纳米管或ZnO纳米颗粒，更优选为纳米线或纳米管。在本专利技术的实施例中，所述ZnO的微观形貌具体为纳米线。在本专利技术中，ZnO的直径优选为50～200nm，更优选为60～150nm，最优选为70～100nm。
[0042]在本专利技术中，所述Au纳米颗粒的直径优选为1～30nm，更优选为5～15nm，最优选为7～12nm。
[0043]在本专利技术中，所述碳量子点的粒径优选<10nm，更优选为0.1～5nm，最优选为0.5～3nm。
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化剂，其特征在于，包括Au/ZnO复合载体和负载在所述Au/ZnO复合载体表面的碳量子点；所述Au/ZnO复合载体包括纳米ZnO和修饰在所述ZnO表面的Au纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述ZnO和Au纳米颗粒的质量比为1：(0.02～0.32)；所述ZnO和碳量子点的质量比为1：(0.0005～0.008)。3.根据权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，所述纳米ZnO为ZnO纳米线、ZnO纳米管或ZnO纳米颗粒；所述ZnO的直径为50～200nm。4.根据权利要求1～3任一项所述的复合光催化剂，其特征在于，所述Au纳米颗粒的直径为1～30nm；所述碳量子点的粒径<10nm。5.权利要求1～4任一项所述复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将ZnO分散液与氯金酸溶液混合，进行光还原反应，得到Au/ZnO复...

【专利技术属性】
技术研发人员：县涛，邸丽景，李红琴，孙晨洋，马珂，马雪莲，
申请(专利权)人：青海师范大学，
类型：发明
国别省市：