[发明专利]一种ZnO‑Au@CdS光电复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米新材料领域，具体涉及一种ZnO-Au@CdS光电复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

ZnO是具有高激子束缚能(60meV)的宽带隙(3.37eV)半导体材料。它具有无毒、生物相容性好、电化学活性高和电子传输能力强等优点，近年来广泛深入和应用到了紫外线发光二极管、太阳能电池、传感器、气体传感器、薄膜晶体管等领域，引起了人们广泛的关注。许多研究结果表明，氧化锌的特性依赖于其微观结构，包括晶体大小、形态、比表面积和结晶密度。然而，形貌和表面结构的构建仍然是一个重大挑战。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述缺点，提供一种ZnO-Au@CdS光电复合材料及其制备方法和应用。

本发明的技术方案如下：

一种ZnO-Au@CdS光电复合材料，以银耳状ZnO晶体作为基底，其表面沉积以Au纳米颗粒为核的具有核壳结构的Au@CdS颗粒。

一种所述的ZnO-Au@CdS光电复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)向密闭容器中依次加入Zn(CH₃CO₂)₂·2H₂O、环六亚甲基四胺(HMT)和柠檬酸钠，用去离子水溶解，充分搅拌使其分散均匀，然后进行加热搅拌处理，所得产物经冷却、离心分离、洗涤、干燥后得得Zn₅(OH)₈Ac₂·2H₂O，将其煅烧得结晶的多孔银耳状ZnO微球；

2)将上述制备的ZnO微球均匀分散于去离子水中搅拌至溶液澄清后，加入HAuCl₄溶液，持续搅拌至混合均匀，加热搅拌，快速加入柠檬酸钠水溶液，继续搅拌，经冷却、洗涤、干燥后可得到粉色沉淀ZnO-Au；

3)将所得ZnO-Au、硫磺、高氯酸镉溶解于乙醇中，经氙灯照射、洗涤、干燥后即可得到ZnO-Au@CdS光电复合材料。

步骤1)中，环六亚甲基四胺与Zn(CH₃CO₂)₂·2H₂O的浓度比为250～4000：1，柠檬酸钠与Zn(CH₃CO₂)₂·2H₂O的浓度比为25～400：1。

步骤1)中加热温度为60～150℃，时间为3～6h；干燥温度为65℃；煅烧温度为400℃，时间为30min；所述洗涤方式为采用去离子水和乙醇交替洗涤4次。

步骤2)中ZnO微球分散浓度为0.1～0.5g/L，HAuCl₄溶液浓度为0.05～0.01mg/mL，加热温度为110℃并恒温搅拌15min，柠檬酸钠水溶液浓度为0.02～0.05M，继续搅拌时间为0.5～2h，干燥温度为60℃，且所述洗涤方式为采用去离子水和乙醇交替洗涤4次。

步骤3)中ZnO-Au分散浓度为0.2～0.5mg/mL，硫磺0.01～0.05mmol/mL，高氯酸镉0.5～1.0mmol/mL，氙灯为300W，照射时间为5～10h，干燥温度为50～100℃，时间为5～10h，且所述洗涤方式为采用去离子水和乙醇交替洗涤4次。

一种所述的ZnO-Au@CdS光电复合材料制备的葡萄糖生物传感器，包括工作电极，所述传感器工作电极上修饰有ZnO-Au@CdS光电复合材料。所述葡萄糖生物传感器对葡萄糖的检测稳定性好，检测限低。

一种所述的葡萄糖生物传感器的制备方法，在清洗干净的ITO导电玻璃上滴加氧化石墨烯溶液GO，然后在完全干透之前滴加ZnO-Au@CdS溶液，使其均匀分散在预先处理好ITO电极表面上，最后将未完全干透的ITO/GO/ZnO-Au@CdS表面活化，连接HRP和GOD。湿润环境4℃保存，用于进一步的使用。

一种所述的ZnO-Au@CdS光电复合材料在葡萄糖检测中的应用。

本发明在ZnO晶体的极性表面上选择性地沉积Au纳米粒子和CdS纳米颗粒，合成一种新型的光电化学复合材料ZnO-Au@CdS来提高光电特性，开辟了基于半导体的生物蚀刻电子设备新路径。该复合半导体材料的人工光合系统包括ZnO和CdS两个分离的光化学系统和金纳米粒子电传送系统，由于ZnO和CdS的两步激发电子转移，使体系的光催化活性远远超过了单组分系统和双组分系统。