[发明专利]基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料应用技术领域，特别涉及基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料及其制备方法和应用。 

背景技术

近年来，氧化锌纳米材料在光催化净化水体应用领域中引起了广泛的关注(Yang，An et al.2004；Peng，Wang et al.2006；Akhavan，Mehrabian et al.2009；Mosnier，O′Haire et al.2009)。然而，作为一种宽带隙半导体材料，氧化锌对太阳光的吸收仅限于太阳光谱的紫外部分，这大大限制了其对太阳光的利用效率。同时，氧化锌的激子复合效应也是降低其光催化效率的一个重要因素。为了解决这些问题，氧化锌常与其它半导体材料组成异质结构作为光催化剂(Wang，Zhao et al.2002；Hernandez，Maya et al.2007；Nayak，Sahu et al.2008)。 

氧化亚铜作为一种窄带隙半导体材料，具有很好的太阳光吸收性能及光催化性能(Hu，Nian et al.2008；Kakuta and Abe 2009；Ma，Li et al.2010)。而且，氧化亚铜的能带结构与氧化锌配合能促进载流子分离，进而提高光催化效率(Jiang，Xie et al.2010)。鉴于氧化锌/氧化亚铜异质结构的独特优势，氧化锌/氧化亚铜的粉末混合物被报道用于光催化应用领域，并取得了较好的效果(Helaili，Bessekhouad et al.2010；Xu，Cao et al.2010)。然而，粉末光催化剂很难回收且不能用于流水体系，这限制了它的应用领域。同时，氧化锌/氧化亚铜异质结构光催化理论表明(Helaili，Bessekhouad et al.2010；Xu，Cao et al.2010)，为了达到异质结促进光催化的效果，不仅要让氧化亚铜与待处理水体有充分的接触面积，同时也要保证氧化锌与外界的接触。因此，一些氧化亚铜完全包覆氧化锌的核壳结构(Hsueh，Hsu et al.2007；Kuo，Wang et al.2009)将不适合用于光催化应用。 

发明内容

本发明的目的是克服现有氧化锌/氧化亚铜光催化剂的不足，提供一种成本低廉且环保的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料。 

本发明的再一目的是提供一种基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的简便的制备方法。 

本发明的还一目的是提供基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的应用。 

本发明的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料中的氧化锌纳米线阵列牢固生长于基底上，便于回收循环利用；同时，氧化亚铜量子点在氧化锌纳米线上均匀分布，不仅保证了氧化亚铜量子点与待处理水体的接触，也在量子点分布间隙给氧化锌与外界提供足够的接触面积。 

本发明的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料，是在导电基底上有序生长有氧化锌纳米线，且有序生长的氧化锌纳米线呈阵列状结构，在氧化锌纳米线的表面修饰有氧化亚铜量子点。 

所述的氧化锌纳米线的直径为60～200nm，长度为1～3μm；所述的氧化亚铜量子点的尺寸为5～20nm。 

所述的导电基底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。 

本发明的基于氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料的制备方法是在氧化锌纳米线表面沉积氧化亚铜量子点：配制浓度为5～15mM的硝酸铜的二甲基亚砜(DMSO)溶液作为电解液，以铂电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以生长有氧化锌纳米线阵列的导电基底作为工作电极；在温度为55～75℃下，用电化学循环伏安法对工作电极施加电压范围为-0.2V到-0.6V(相对于饱和甘汞电极)的循环扫描电压(优选循环次数为50～100次)，即得到氧化亚铜量子点修饰的氧化锌纳米线阵列光催化材料。 

所述的氧化锌纳米线阵列是由以下方法制备得到的：配制浓度为0.05～1mM的醋酸锌水溶液作为电解液，以铂电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以导电基底作为工作电极；在温度为75～95℃下，向上述醋酸锌水溶液中鼓入氧气，对所述工作电极施加-0.8～-1.1V的电压(优选施加电压的时间为1～3小时)，得到有序生长在导电基底上的氧化锌纳米线阵列。 

所述的氧化锌纳米线的直径为60～200nm，长度为1～3μm。 

所述的氧化亚铜量子点的尺寸为5～20nm。 

所述的导电基底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。