[发明专利]氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物半导体复合光催化剂技术领域，特别涉及一种氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法。

技术背景

近年来, 随着环境污染的加剧，控制污染、保护环境，实现可持续发展是人类社会面临的重大问题，半导体光催化技术作为一种高效、绿色的环境治理技术具有广阔应用前景。

氧化锌（ZnO）是一种重要的宽带半导体光催化剂，纳米氧化锌作为一种新型的功能材料表现出了其良好的催化活性，由于成本低廉，制备方法简单，形貌易于控制，在半导体光催化技术领域将具有很好的应用前景。

但是，纳米氧化锌易于受到光腐蚀，它的禁带带隙宽度为3.4eV，太阳光吸收波长范围狭窄，只对紫外光有响应，可见光利用效率低；此外，纳米氧化锌光生载流子的复合率较高，因此量子效率较低。对氧化锌半导体光催化剂进行复合改性可以加快光生电子和空穴的分离，抑制载流子复合以提高量子效率；扩大起作用的光波范围；提高光催化材料的稳定性等。从充分利用太阳能的角度，探索、研究氧化物半导体改性、复合技术的新方法，提高氧化锌光催化剂的稳定性和光催化效率，制备一种在可见光下有高效光催化剂具有重要的现实意义。

聚苯胺（PANI）合成方法简单，稳定性较好，耐高温及抗氧化性能良好等优点。此外，由于它独特的掺杂机制，具有多种可相互转换的不同的电子结构态和优异的物理化学性能，酸掺杂的聚苯胺膜在可见光及红外区有很强的吸收, 实验表明聚苯胺对纳米结构TiO₂有一定的敏化作用，扩展到可见光和红外区。纳米氧化锌与聚苯胺复合，可大大提高氧化锌光腐蚀保护能力及稳定性以及可见光催化活性等。通过在氧化锌纳米材料的表面化学修饰、原位聚合，可以形成良好的异质结界面，有利于光生电子－空穴的分离，从而提高复合材料的光催化活性和效率，同时拓展太阳光吸收范围，增强对可见光的吸收利用，提高光催化剂的化学稳定性，这将使氧化锌光催化剂有更加广泛的实际应用前景。

发明内容

本发明的目的在于设计、提供一种氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法，本发明方法制得的氧化锌/聚苯胺复合材料具有紫外光、可见光光催化性能，解决了纳米氧化锌光催化剂对可见光响应性、稳定性差的问题。 

本发明所提供的技术方案如下：

一种氧化锌/聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，通过沉淀法或水热法制备出不同形貌的纳米氧化锌，使用硅烷偶联剂对纳米氧化锌进行表面化学修饰后，通过乳液聚合法使其与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂，具体操作步骤如下：

（1）、采用锌盐的醇溶液与碱的醇溶液直接沉淀法或水热法制备出纳米氧化锌，其中直接沉淀法制备出的纳米氧化锌为颗粒状或棒状，水热法制备出的纳米氧化锌为球形花状；

（2）、使用回流法用硅烷偶联剂对所制得纳米氧化锌进行表面化学改性；

（3）、将上述得到的表面化学改性的纳米氧化锌通过乳液原位聚合法与聚苯胺复合得到不同形貌的纳米氧化锌/聚苯胺复合材料光催化剂。 

步骤(1)所述的醇是指甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇中的一种；所述的锌盐是指硝酸锌、醋酸锌或硫酸锌中的一种；所述的碱是指氢氧化钠；直接沉淀法的反应温度为25℃或80℃；水热法的反应温度为100℃-180℃。 

步骤(1)所述的醇为乙醇；所述的锌盐是醋酸锌。

步骤(2)所述的回流法中所用的溶剂为甲苯或二甲苯，所述的硅烷偶联剂是指硅烷偶联剂KH-550 或硅烷偶联剂KH-42，回流的温度为80℃，回流时间为3小时。

步骤(3)中所述的乳液原位聚合法是皮克林（Pickering）乳液原位聚合方法。

本发明制备方法制得的氧化锌/聚苯胺复合光催化。

本发明提供的光催化活性评价方法：所有光催化反应均在室温下进行，反应器内装有l00ml浓度为15mg/L亚甲基蓝溶液，30mg复合材料光催化剂，反应器下配有磁力搅拌器， 500W氙灯模拟日光光源竖直照射在反应器溶液上（可见光催化活性评价时，使用400纳米波长截止滤波片），在打开光源进行光催化反应前，先将其避光磁力搅拌半小时，然后打开氙灯光源进行光催化反应，每隔一段时间取一次样，离心分离，用紫外-可见分光光度计测亚甲基蓝溶液在665nm处的吸光度变化，降解率按照下面的公式计算：降解率%=（A。-A）/ A。×100%。A。为亚甲基蓝溶液的初始吸光度，A光照一段时间后取出样品离心所得上清液的吸光度。