[发明专利]一种碳掺杂氧化锌纳米复合材料的高效制备方法

说明书

本发明公开了一种碳掺杂氧化锌纳米复合材料的高效制备方法，具体步骤包括：（1）浸泡液的配置：将锌盐溶于去离子水中得到质量浓度为5~50%的锌盐溶液，加碱调节锌盐溶液的pH值为9~12，搅拌均匀制得浸泡液；（2）制备碳掺杂氧化锌纳米复合材料：将海绵置于浸泡液中反复挤压至饱和状态，然后将其放入马弗炉中煅烧，即可得到碳掺杂氧化锌纳米复合材料。该方法所采用的海绵既是氧化锌生长所需的模板又是掺杂所需的碳源，制备方法简单、快速高效，且可以通过海绵种类、浸泡液浓度等影响因素的调控实现对碳掺杂氧化锌纳米复合材料尺寸及组成的控制，在光催化降解有机污染物等方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳掺杂氧化锌纳米复合材料的高效制备方法。

背景技术

水体及空气中有机污染物污染是困扰人类日常生活的一个全球性问题。半导体光催化剂因其无毒且能在比较温和的条件下降解较宽范围内的污染物已成为环境科学领域的一个研究热点。研究表明，ZnO具有较高的光敏特性、较宽的禁带宽度（3.37eV）及较大的激子能（60meV），在降解一些污染物方面表现出了独特的价值，如染料厂中的污水、苯酚等，且其在光降解机理上也与二氧化钛十分类似。

但是由于ZnO禁带比较宽，产生的电子-空穴对易快速复合，会导致光催化性能不佳。因此，有效的抑制电子-空穴对的复合并拓宽光响应区域成为增强其光催化性能的主要手段。研究人员采用了许多方法，如控制其结构形貌、负载贵金属、掺杂离子及和其他半导复合体产生协同效应等。其中，在ZnO中掺杂碳材料，既能够使碳材料作为光催化剂的支撑材料，同时又起到了电子传递通道的作用，抑制了电子-空穴对的快速复合，在促进目标分子吸附的同时拓宽了催化剂的光吸收范围，从而有效地提高了材料的光催化活性。近年来，已有一些有关碳掺杂氧化锌纳米复合材料的专利申请。如中国发明专利201210466728.4，201110332997.7，CN103496733A，CN107552034A等。但上述制备方法步骤繁琐，使用原料较复杂，成本较高，制备条件苛刻，不利于工业化生产。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种碳掺杂氧化锌纳米复合材料的高效制备方法，制备过程过程简单、快速、易操作。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碳掺杂氧化锌纳米复合材料的高效制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）浸泡液的配置：将锌盐溶于去离子水中得到质量浓度为5~50%的锌盐溶液，加碱调节锌盐溶液的pH值为9~12，搅拌均匀制得浸泡液；

（2）制备碳掺杂氧化锌纳米复合材料：将海绵置于浸泡液中反复挤压至饱和状态，然后将其放入马弗炉中煅烧，即可得到碳掺杂氧化锌纳米复合材料。

所述的锌盐为乙酸锌、氯化锌、硫酸锌或硝酸锌。

所述步骤（1）中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。

所述步骤（2）中的海绵为发泡棉、定型棉、橡胶棉或记忆棉。

所述步骤（2）中的煅烧温度位350～600℃。

所述步骤（2）中的煅烧时间为0.5～2h。

本发明的有益效果：(1) 制备过程过程简单、快速、易操作。

(2) 原料成本低，利用市售的工业海绵或废弃海绵即可进行碳掺杂氧化锌纳米复合材料的制备，且无需对原材料进行前期预处理。

(3) 产物产量大、后处理简单。所采用的海绵既是氧化锌生长所需的模板又是掺杂所需的碳源，有效的避免了产物需要分离提纯的时间和成本耗费。