[发明专利]一种表面修饰海胆状ZnO/TiO2复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米功能材料技术领域，特别涉及一种表面修饰海胆状ZnO/TiO₂复合材料及其制备方法。

背景技术

20世纪以来，人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时，也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果，环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要，污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中，最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而，有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点，开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有:物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用,但是这些技术不同程度的存在着或效率低，不能彻底将污染物无害化，产生二次污染，或使用范围窄，仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷。

光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术，特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。在环境及能源问题的触发下，纳米半导体材料与太阳光的利用相结合便成为了当代热门研究课题之一。目前，作为宽带隙半导体材料的纳米ZnO、TiO₂，因其光催化特性、光电转化特性、无毒和非迁移性及表面活性与敏感特性等特有性能，得到了广泛的关注和快速的发展。

ZnO和TiO₂的形貌结构对光阳极的转化效率有极大的影响，其中三维纳米球结构较一、二维结构的光电转化效率高。目前，国内外有研究者在TiO₂上原子沉积并生长海胆状ZnO，该ZnO/TiO₂复合结构虽有利于电解质的吸收，能有效的提高光电效率，但其制备工艺复杂，生产成本高昂，不适于大规模的投入生产。并且ZnO和TiO₂在紫外光区的吸收光谱及其较高的电子-空穴复合率阻碍了其应用和发展的前景。因此，设计合成一种具有高比表面积、高吸附性能又具有高吸光范围及有效抑制电子-空穴复合等性能的光催化材料，成为有效利用太阳光能亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高比表面积、高吸附性能又具有高吸光率、高电子迁移率及有效抑制电子-空穴复合等性能的表面修饰海胆状ZnO/TiO₂复合材料。

本发明提供了一种表面修饰海胆状ZnO/TiO₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

通过水热法制备得到海胆状ZnO；

以所述海胆状ZnO为基体，以钛酸丁酯为钛源，通过溶剂热法制备得到海胆状ZnO/TiO₂复合材料；

将所述海胆状ZnO/TiO₂复合材料分散，得到海胆状ZnO/TiO₂复合材料的分散液；

将所述氧化石墨烯与柠檬酸钠、AgNO₃和水混合，进行还原反应，得到Ag-还原氧化石墨烯体系；

将所述海胆状ZnO/TiO₂复合材料的分散液与所述Ag-还原氧化石墨烯体系和聚阳离子化合物混合，经超声后，得到表面修饰海胆状ZnO/TiO₂复合材料。

优选的，所述氧化石墨烯、AgNO₃、柠檬酸钠和水的质量比为1：0.6～3.3：0.3～6.7：500～1000。

优选的，所述聚阳离子化合物、氧化石墨烯与海胆状ZnO/TiO₂复合材料的质量比为0.025～0.05:0.05～0.1:1。

优选的，所述聚阳离子化合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵或四正丁基溴化铵。

优选的，所述溶剂热法具体为：

a.将所述海胆状ZnO、乙醇和钛酸丁酯混合，得到海胆状ZnO/TiO₂复合材料先驱体溶液；

b.将所述步骤a得到的海胆状ZnO/TiO₂复合材料先驱体溶液在加热条件下反应，得到海胆状ZnO/TiO₂复合材料。

优选的，所述步骤a中海胆状ZnO在乙醇中的质量浓度为1.5～3.5mg/mL。

优选的，所述步骤a中钛酸丁酯与海胆状ZnO的摩尔比为1～2:1。

优选的，所述步骤b中加热温度为90～130℃，加热时间为1～3h。