[发明专利]一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

半导体光催化技术具有处理效率高，不存在二次污染等特点，对难降解有机污染物具有明显的优势，被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术。

纳米ZnO是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体氧化物，具有与TiO₂近似的禁带宽度(3.37eV)，在降解某些有机物方面具有比TiO₂更高的催化活性。然而，纳米ZnO光催化材料在实际应用过程中存在：量子效率低、光谱吸收范围窄、易光腐蚀等问题。采用导电聚合物杂化ZnO，不仅可促进光生电荷的快速分离，有效抑制ZnO的光腐蚀，而且可拓展ZnO的光响应范围。

为获得纳米尺寸的ZnO粒子，在其制备过程中，通常会添加三辛基氧化膦(TOPO)、叔丁基膦酸(TBPA)、十四烷基膦酸(TDPA)、油酸(OA)、十六胺(1-HDA)等具有强配位基团的表面活性剂来控制ZnO的尺寸大小。此外，为提高纳米ZnO与导电聚合物的相容性，常采用硅烷偶联剂之类的有机物对纳米粒子进行表面修饰。这使得传统方法制得的导电聚合物/ZnO复合材料有机相与无机相间存在绝缘的表面活性层、硅烷偶联剂层，它们阻碍了光生电荷在纳米ZnO与导电聚合物间的传递，从而导致复合材料光催化活性的降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有技术中，导电聚合物/ZnO复合材料有机相与无机相间存在绝缘的表面活性层、硅烷偶联剂层，阻碍了光生电荷的传递，导致光催化活性的降低。

为解决这一技术问题，本发明提供一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料，该复合材料由氧化锌及附着在氧化锌表面的聚苯胺层组成，在氧化锌与聚苯胺层之间不存在表面活性剂或硅烷偶联剂，纳米ZnO在聚苯胺中分散均匀，且两者紧密接触，光催化过程中产生的光生电荷可通过导电聚合物迅速传输，复合材料的光催化活性高。

本发明还提供了一种上述氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备方法，在纳米ZnO的制备过程中，以具有稳定纳米粒子功能的苯胺功能单体替代传统的表面活性剂，然后在纳米氧化锌表面附着一层聚苯胺层制备氧化锌-聚苯胺复合材料，

具体的制备步骤为：

(1)ZnO的制备，搅拌条件下，在50mL三口烧瓶中加入25mL溶剂，然后加入5—10mmol二水醋酸锌和0.5—1.5mL去离子水，搅拌待二水醋酸锌完全溶解后，再向所述的三口烧瓶中加入0.5—0.8mmol苯胺功能单体，搅拌待其完全溶解后，升温至180—200℃，保温30—60min，保温结束后，自然冷却至室温(25℃)，离心分离，粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3次，40—50℃真空干燥得到ZnO，备用，

其中，溶剂为一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、甘油、十六胺或十二烷二醇；

苯胺功能单体为以下A、B、C、D四种化合物中的一种，

(2)氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备，将1.0g步骤(1)中得到的ZnO均匀分散在80mL的1mol/L HCl水溶液中，得到ZnO悬浮液，在搅拌条件下，将苯胺单体滴加到所述的ZnO悬浮液中，并于0—5℃下搅拌0.5—1.0h，然后将10mL过硫酸铵溶液在0.5—1h内滴加到上述ZnO和苯胺单体的混合液中，搅拌条件下继续反应3—5h，收集固体沉淀，分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次后，40—50℃真空干燥，即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂，

其中，滴加的苯胺单体与ZnO的质量比为1:60—1:100，

上述过硫酸铵溶液是指，过硫酸铵溶解于1mol/L的HCl水溶液中而形成的过硫酸铵溶液，

过硫酸铵的用量与苯胺单体的摩尔比为1—1.2：1。

本发明的有益效果在于：

(1)在纳米ZnO的制备过程中，以含-PO(OH)₂、-SO₃H强配位基的苯胺功能单体替代传统表面活性剂，-PO(OH)₂、-SO₃H的强配位作用，使苯胺功能单体对所得纳米粒子具有很好的稳定作用，而且同时实现了纳米ZnO的表面化学修饰，提高了纳米ZnO与聚苯胺之间的相容性；

(2)由于纳米ZnO与聚苯胺之间，不存在绝缘的表面活性剂层，光催化过程中产生的光生电子与空穴可快速分离，减少载流子复合几率，提高复合材料的光催化活性。

附图说明