[发明专利]四磺基酞菁锌/氧化锌复合膜纳米材料的原位自组装制备方法

说明书

本发明公开一种四磺基酞菁锌/氧化锌复合膜纳米材料的原位自组装制备方法。其步骤为：1）在ITO导电玻璃上合成哑铃状ZnO纳米膜材料；2）磺基邻苯二腈溶于DMF溶剂中；3）将附着在ITO导电玻璃上的哑铃状ZnO纳米膜材料浸渍在磺基邻苯二腈溶液中；4）将浸渍后的ITO导电玻璃置于管式炉中，煅烧后制成所述纳米材料。在制备过程中，四磺基酞菁锌（ZnTSPc）在ZnO表面上原位自组装形成，所获得有机物与无机物复合材料的界面清洁、化学键合、稳定性好，不仅拓宽复合材料的可见光吸收频谱，同时可提高光生电荷的分离效率，大幅提高光催化降解效率，呈现出亲水性，以及对亲水性有机染料，具有选择性光催化降解特性。

技术领域

本发明属于纳米功能材料的制备领域，具体涉及一种四磺基酞菁锌/氧化锌复合膜纳米材料的原位自组装制备方法。

在众多环境水污染治理技术中，光催化氧化技术作为一种新兴的技术，通过光催化材料吸收太阳能，将太阳能转化为化学能，用于降解环境中的有机污染物，由于光催化技术的室温深度反应及催化条件简单等独特性能，而成为一种具有广阔应用前景的环境水污染治理技术。

半导体作为光催化技术中的一个重要部分，而ZnO又作为一种重要的的n型半导体光催化剂，具有许多优秀的物理化学性能，兼具无毒、生物相容性好等优点，成为目前重要的光催化剂之一，已经广泛运用于降解废水中含有的各种染料中。

目前，许多研究重点主要以纳米半导体ZnO作为光催化剂，由于采用了纳米技术使ZnO小尺寸、大比表面积和表面存在大量的悬挂键，并与水污染物充分接触，不但提高了催化速率，降低了反应温度，而且方法简单、易行。但常规的ZnO作为一种带隙宽（3.37eV）半导体材料，其吸收频谱位于紫外光区，光生电荷易复合，同时ZnO光催化剂不具有选择性，使该技术的广泛应用受到一定程度的制约。目前，公认的ZnO光催化机理为：当辐照能量大于其禁带宽度时，光生空穴具有很强的得电子能力，具有强氧化性，可与空气中的氧气和水中的OH^-结合生成OH•（氢氧自由基），它可以氧化包括生物难降解的各种有机物，并使之完全矿化。

如何提高光催化剂的量子产率,拓宽吸收光的频带以及选择性降解目标降解物成为目前国际光催化领域的研究焦点。光催化的总量子效率由两个关键过程决定：其一，光致电子和空穴的重新结合与被俘获的竞争；其二，被俘获的电子和空穴的重新结合与界面间电荷转移的竞争。近年来，为改善光催化量子效率，大多数研究主要集中在光催化剂的表面改性，包括表面螯和、表面金属共沉积和过渡金属掺杂等等，但均存在着量子效率提高幅度有限（～2倍），转化率低(约80%)，光照时间较长（数小时），对相关的降解物不具有选择性。

扩大光响应范围的主要方法为表面光敏化，主要采用浸渍法，将光活性化合物等，化学吸附或物理吸附于ZnO上，以扩大激发波长范围，增加光催化反应的效率，但由于其采用浸渍法，光活性化合物是以一种表面物理效应与ZnO相结合，两种物质间存在晶界，当光活性物质只能在一定频谱范围的光照射下，使两种物质间的电荷和能量传递受到了一定限制，光敏化和量子效率受到一定的影响。

目前，许多光催化剂的研究重点放在如何提高光催化降解污染物的降解效率，但是在光催化剂在降解不同催化产物的先后顺序及其选择性缺少研究。如何能使催化剂在第一时间，有效、快速的降解目标产物，而非“一视同仁”地降解所有有机物，受到越多研究的重视和青睐。半导体氧化物光催化剂在处理污染物中普遍被认为是没有选择性，依据光催化反应的自由基机理，即待降解底物在包括强氧化剂羟基自由基快速攻击，存在着无选择性的特点。要提高金属氧化物半导体材料的光催化选择性，目前主要可以通过以下几种途径：（1）加强催化剂的催化产物的吸引力；（2）通过对催化剂表面进行改性，以增强催化剂表面对待降解底物的吸引力；（3）对催化剂表面进行改性，使得不需要降解的物质从催化剂表面分离；（4）对催化剂本身进行掺杂。