具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构及制法，包括导电载体、ZnO纳米片和ZnO纳米线。该方法是基于水溶液体系的两步合成法，首先以硝酸锌和氯化钾水溶液为电解液，采用标准三电极体系直接在导电玻璃上电沉积ZnO纳米片阵列；其次以硝酸锌和六亚甲基四胺水溶液为生长液，通过水溶液化学生长法在ZnO纳米片表面二次生长ZnO纳米线，以获得ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜。与传统的单一纳米结构ZnO薄膜相比，本发明专利技术的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜拥有更大的比表面积和更多的表面氧缺陷，对甲基橙表现出更高的光催化降解效率，在环境治理领域具有很好的应用前景。
ZnO nano chip / nanowire composite structure with photocatalytic property and preparation method thereof
ZnO nano film / nanowire composite structure with photocatalytic property and preparation method thereof, including conductive carrier, ZnO nano plate and ZnO nanowire. This method is the two step synthesis method of water solution system based on, first using zinc nitrate and potassium chloride aqueous solution as electrolyte, using a standard three electrode system directly on conductive glass electro deposition of ZnO nano arrays; secondly, using zinc nitrate and six methylene amine four aqueous solution of growth solution, through the aqueous chemical growth method on the surface nano ZnO two times the growth of ZnO nanowires, to obtain nano ZnO nanowires film. Compared with the traditional single nano structure ZnO thin films, ZnO nanosheets / the nanowires films have larger surface area and more oxygen defects exhibit higher photocatalytic degradation efficiency of methyl orange, and has good application prospects in the field of environmental governance.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构及其制备方法， 属于光催化、环境保护、纳米材料制备
技术介绍
ZnO是一种重要的宽禁带II-VI族半导体材料，其带宽为3. 37 eV，室温下的激子 束缚能高达60 meV，具有优良的化学性质和热稳定性及良好的发光、光电转换等性能，使 其在光电子、尤其是在纳米光电子器件中得到了广泛的应用。深入研究ZnO纳米结构材料 的生长机理，控制其形貌、结构和尺度分布，是进一步拓展ZnO纳米结构应用领域的重要途 径。其中，将高比表面积的ZnO纳米结构用作光催化剂来降解废水中的有机物就是典型之 例。目前，人类生产活动排放的有机废水导致了大面积的污染，严重威胁着生态环境安全。 应用半导体光催化技术净化环境是近年来研究开发出来的一种新方法。ZnO纳米结构材料 是高效半导体光催化剂的典型代表。在紫外光照射下，ZnO价带的电子受激发跃迁到导带， 同时在价带产生空穴，空穴与吸附在ZnO纳米结构表面的水反应产生氢氧自由基(·0Η)，而 电子则与吸附在ZnO纳米结构表面的氧反应产生活性离子氧(· 02 —)，这两种物质均具有 高的氧化活性，能够将吸附在光催化剂表面的有机物分解成无污染的物质W02、H20)。近年来，各种各样ZnO纳米结构已被用作有机物的光催化降解测试。然而，目前 用于环境治理的纳米结构ZnO光催化剂主要是粉末产品，使用时以悬浮态形式分散于水体 当中，因而存在易团聚、易损失等现象，使用后存在难以与液体分离以及难以循环使用等问 题，降低了光催化效率和增加了运行成本，这些缺点在一定程度上限制了它的实际应用。为 此，人们通常选择一定的方法将ZnO纳米结构固载到某些载体表面。例如，He等采用热蒸发技术直接在硅片上生长一维的ZnO纳米锥 阵列，并将其用作光催化剂成功实现了甲基红溶液的光降解测试；Wang等采用水热法在锌箔片上直接构筑了一维的ZnO纳米线阵列，有效地 实现了溶液中氯酚的无害化光降解处理；Cao等 也采用固载在硅片上的二维ZnO纳米片阵列来光降解溶液中的甲基蓝。尽管固载的方法能 有效解决催化剂使用后难以分离的问题，但这些单一纳米结构薄膜难以获得较大的比表面 积，在一定程度上限制了光催化效率。因此，急需开发出简单、经济的方法来固载高比表面 积的ZnO复合纳米结构薄膜光催化剂。然而迄今为止，固载的ZnO复合纳米结构薄膜光催 化剂的制备与应用还未见报道。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有光催化特性的 ZnO纳米片/纳米线复合结构及制法。技术方案一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构，包括导电载体、 ZnO纳米片和ZnO纳米线，所述ZnO纳米片沉积在导电载体上，ZnO纳米线的一端与ZnO纳 米片连接。一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构的制备方法，是基于水溶液 体系的两步合成法，首先以硝酸锌和氯化钾水溶液为电解液，采用标准三电极体系直接在 导电玻璃上电沉积ZnO纳米片阵列；其次以硝酸锌和六亚甲基四胺水溶液为生长液，通过 水溶液化学生长法在ZnO纳米片表面二次生长ZnO纳米线。一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构的制备方法，制备步骤为 (一)配制Si2+浓度为0. 03、· 1 mol/L、CF1浓度为0. 06、· 2 mol/L的硝酸锌和氯化钾 的混合溶液，所得溶液记为A ； (二)以上述制备的A溶液充当电解液，采用标准三电极电 化学体系在导电玻璃上恒电位沉积SiO纳米片阵列，所用沉积电位是0.8 1.3 V，电解 液温度为6(T80 °C，沉积时间为0.广2 h;(三)配制足量的硝酸锌和六亚甲基四胺的混合 溶液，两者的浓度均为0. 005、. 15 mol/L，所得混合溶液记为B ；(四)将步骤(二)中生 长了 ZnO纳米片阵列的导电玻璃置于溶液B中，在8(T180 °C下保持广20 h进行水溶液化 学生长反应；(五)反应结束后，将导电玻璃从混合溶液B中取出，反复用蒸馏水冲洗，干燥 后即得具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜。所述步骤(一)中混合溶液A的Si2+浓度和Cr1摩尔浓度比为1:2。所述步骤(二)中标准三电极电化学沉积体系的工作电极为导电玻璃，对电极为 钼电极，参比电极为饱和甘汞电极，其中导电玻璃为ITO玻璃或FTO玻璃。所述步骤(三)中混合溶液B的硝酸锌和六亚甲基四胺的摩尔浓度比为1:1。所述步骤(四)中的水溶液化学生长反应在带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行。有益效果与现有技术相比，本专利技术具有以下特点(1)本专利技术中的固载到导电玻璃上的ZnO纳米片/纳米线复合结构光催化剂薄膜，比 单一结构的纳米片或纳米线薄膜拥有更大的比表面积。(2)本专利技术所采用的两步合成法基于水溶液体系，能够在ZnO纳米结构表面产生 大量的氧缺陷，这些氧缺陷能够暂时捕获光激发的电子，抑制电子和空穴的复合，有效促进 两者的分离，提高光催化效率。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的X-射线衍射 (XRD)图谱。其中横坐标为衍射角(2《)，单位为度(° )，纵坐标为衍射强度，单位为cps。图2为本专利技术实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的SEM图。图3为本专利技术实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的纳米线的低倍 TEM像(图a)、高分辨TEM像(图b)和选区电子衍射像(图b插图)。图4为本专利技术实施例3制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的SEM图。图5为ZnO纳米片/纳米线复合结构示意图，其中1为导电载体，2为ZnO纳米片， 3为ZnO纳米线。图6为本专利技术实施例3制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜和单一结构的 ZnO纳米片薄膜的光致发光谱。其中横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为发光强度，单位为Cps0图7为本专利技术实施例3制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜和单一结构的 ZnO纳米片薄膜对甲基橙溶液的光催化降解率-时间的变化曲线。其中横坐标为紫外光辐 照时间，单位为min，纵坐标为甲基橙溶液的相对浓度。具体实施例方式以下结合实例对本专利技术作进一步的描述 实施例1 (一)配制Si2+浓度为0.03 mol/L、CF1浓度为0. 06 mol/L的硝酸锌和氯化钾的混 合溶液，所得溶液记为A ；(二)以上述制备的A溶液充当电解液，采用三电极电化学沉积体系(FT0导电玻璃为 工作电极，钼电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极)直接在导电玻璃上电沉积制备ZnO 纳米片阵列；所用沉积电位是 0. 8 V，电解液温度为60 °C，沉积时间为0. 1 h ；(三)配制足量的硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液，两者的浓度均为0.005mol/L, 所得混合溶液记为B ；(四)将步骤(二)中生长了ZnO纳米片阵列的导电玻璃置于装有溶液B的带聚四氟 乙烯内衬的高压釜中，在80 °C下保持1 h进行水溶液化学生长反应；(五)反应结束后，将导电玻璃从高压釜中取出，反复用蒸馏水冲洗，干燥后即得具有 光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜。实施例2 (一)配制Si2+浓度为0.05 mol/L、Cl—1浓度为0. 1 mol/L的硝酸锌和氯化钾的混合 溶液，所得本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有光催化特性的ＺｎＯ纳米片／纳米线复合结构，其特征在于包括导电载体（１）、ＺｎＯ纳米片（２）和ＺｎＯ纳米线（３），所述ＺｎＯ纳米片沉积在导电载体上，ＺｎＯ纳米线的一端与ＺｎＯ纳米片连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰，孙立涛，董方洲，孙俊，毕恒昌，尹奎波，万能，雷双瑛，胡小会，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。