[发明专利]一种石墨烯‑小粒径硫化锌/硫化银异质结可见光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种石墨烯-小粒径硫化锌/硫化银异质结可见光催化材料的制备方法。

背景技术

硫化锌由于具有高的催化活性、环境友好及价格低廉的优点，是一种具有应用前景的光催化材料。相对于传统的氧化钛，硫化锌具有更宽的禁带宽度，能够表现出更高的量子产率。同时，由于硫化锌在光催化过程中产生的光生电子具有更负的还原势，这能够让水中的有机污染物降解的更加充分。研究表明，无论是在水中还是空气中，硫化锌可催化矿化有机染料，如苯酚、乙醛、苯、氨等污染物，也可净化空气，如甲醛、NOx等气体，在水处理和环境保护等领域中具有很大的商业价值和应用前景。但是目前还存在如下问题。（1）有限的可见光利用率。众所周知，可见光波长范围在400-700 nm，这在太阳光中所占比例达到50%以上，而硫化锌光催化剂，主要利用的是300-400 nm的紫外光谱，而这部分光谱仅仅占到太阳光中的5%左右。因此，拓宽硫化锌的光谱利用范围是目前急需解决的问题。（2）迅速的光生电子-空穴复合。在光催化过程中，光生电子空穴复合所需时间大概在10^-9s，然而催化剂与表面吸附物（如水、氧气和污染物等）反应所需的时间大概在10^-8s-10^-3s，由于光生电子-空穴复合所需的时间远远小于催化剂与吸附物反应所需时间，大量的光生电子空穴产生了复合，导致光催化效果受到严重影响。因此，如何抑制光生载流子的复合是提高光催化效率的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种在太阳光下具有强吸附、高催化活性的石墨烯-小粒径硫化锌/硫化银异质结可见光催化材料的制备方法。本发明以石墨烯为载体，利用氧化石墨烯表面的功能团，负载小粒径硫化锌，通过离子交换反应，从而构成一种在太阳光下具有强吸附、高光催化活性的新型纳米衍生材料。

本发明的技术构思是：通过氧化石墨烯表面带负电的功能团，促进小粒径硫化锌的形成，并使形成的小粒径硫化锌与石墨烯之间形成有效结合。石墨烯是由单层或几层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构，碳原子是由sp²杂化轨道组成的碳六环结构，拥有大量未成对的可自由移动电子，具有很强的电子传导能力；同时拥有比较大的电子存储能量，能捕获和传导光激发电子，妨碍或阻止半导体催化剂中光激发电子和空穴对的复合，是纳米催化剂的理想载体材料。此外，离子交换得到的硫化锌/硫化银异质结，能够在可见光的激发下，形成硫化锌/硫化银颗粒内部的界面电子转移现象，从而将硫化银内的电子表现出良好的还原能力，硫化锌内的空穴则具有显著的氧化能力。因此，构建的石墨烯-小粒径硫化锌/硫化银异质结，将获得强吸附、高效可见光催化材料，在污水处理、环境保护和太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种石墨烯-小粒径硫化锌/硫化银异质结可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将1 ml~10 ml浓度为0.8~1.2 g/L的氧化石墨烯溶液加入到250 ml去离子水中超声分散20 min ~40 min，得到氧化石墨烯分散溶液a；

（2）在上述分散均匀的溶液a中加入0.2g ~0.8g锌盐，超声分散15 min ~30 min，得到分散均匀的溶液b；

（3）在上述分散均匀的溶液b中加入80 ml~150 ml浓度为2 g/L的硫源溶液，超声搅拌20 min ~30 min，得分散均匀的溶液c；

（4）将上述分散均匀的溶液c在微波辅助下加热30 min，得到灰色的沉淀物质石墨烯-小粒径硫化锌；

（5）将所得灰色的沉淀物质用蒸馏水和无水乙醇洗涤5~6次，得到无杂质的石墨烯-小粒径硫化锌；

（6）对上述无杂质的石墨烯-小粒径硫化锌沉淀物加入200 ml去离子，并加入0.15g L^-1的硝酸银溶液，并在微波辅助加热条件下反应30 min，将反应产物自然冷却至室温，过滤并用蒸馏水和无水乙醇洗涤5~6次，得洗涤物；将洗涤物在60℃~80℃下烘烤12 h~24 h，然后研磨后得到石墨烯-小粒径硫化锌/硫化银异质结材料。

所述步骤（2）中锌盐为二水合乙酸锌。

所述步骤（3）中硫源为硫代乙酰胺。