[发明专利]一种银量子点磁性氧化锌光催化材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种银量子点磁性氧化锌光催化材料的制备方法，通过简单的配合物沉淀法，以硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)、硝酸银(AgNO₃)，在葡萄糖的还原下合成了Ag/ZnO；然后用三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和硫酸亚铁(FeSO₄·4H₂O)为铁源，通过化学沉淀法合成了具有可磁分离的可见光响应的光催化剂Ag/ZnO/Fe₃O₄。制备的Ag/ZnO/Fe₃O₄有较高的光催化活性，在光照240min之后，Ag/ZnO/Fe₃O₄对亚甲基蓝(MB)的降解率为85.23％；Ag/ZnO/Fe₃O₄纳米复合材料具有良好磁性，其饱和磁化强度为12.99emu/g。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，特别涉及一种银量子点磁性氧化锌光催化材料及制备方法。

背景技术

伴随着工业的迅猛发展，环境问题愈加凸显，其中水资源污染是最严重的问题之一。因为未经处理的废水排放导致地表水质恶劣，其中由印染、纺织、医疗行业产生的大量染料废水，具有强碱性、COD值高、毒性大、难以生物降解，且通常是复杂的芳香族化合物，对生物有致畸致癌的风险。1976年，Carey等人首次将半导体光催化剂TiO₂用于降解环境污染物多氯联苯，开启了全新的光催化应用领域，也使得光催化法成为一种极具前景的废水处理技术。对于环境难以自净的工业印染废水，常用的处理方法有生物法、物理法、化学氧化法。其中光催化氧化法可以使吸附在催化剂表面的有机污染物降解为二氧化碳，水和无机盐等。于是大量研究人员开展了有关光催化剂的研究，常用的半导体光催化剂有TiO₂、ZnO、CdS、SiO₂等，近年来，有研究表明：相较于TiO₂，ZnO在紫外光区的响应更为强烈，反应速度更快，对某些有机分子的降解性能更优。由于ZnO是宽带隙半导体，只能吸收太阳光中的紫外线，易发生光腐蚀，量子效率低，限制了其对可见光的利用而导致光催化效率低。本专利运用贵金属沉积的方法对其进行改性，通过化学沉淀法将Ag沉积在ZnO的表面作为量子点，使光生电子移向贵金属，形成新的费米能级，抑制光生电子-空穴对的复合，在一定程度上改变能带结构和比表面积，将其吸光范围延伸到可见光谱，提高对可见光的利用率。然而在实际应用中，又存在纳米光催化剂在水中易团聚、损失率高、重复利用率低、固液分离困难等问题，因此，引入磁性材料Fe₃O₄与催化剂复合，即可在外加磁场的条件下实现磁转移，是一种十分简便、高效的方法，最终制备得到Ag/ZnO/Fe₃O₄，并通过一系列表征和实验，分析光催化剂的形貌结构和性能。

纳米ZnO光催化材料

纳米ZnO是一种对环境友好、价格低廉的IIB-VIA族半导体材料，禁带宽度为3.37eV，在紫外区域表现出很强的光响应性，具有制备反应条件温和、能耗低、操作简便等优点，因此在污水处理、光电材料、光催化制备能源方面都有应用。常见的ZnO一般为六角纤锌矿结构，该结构热稳定性和光催化活性最高。但由于ZnO有一定缺陷，例如在可见光区不响应、电子-空穴分离率低、易发生光腐蚀等。可采用多种方法对其进行改性以提高光催化活性，如贵金属沉积法、半导体复合法、元素掺杂法、表面敏化法等。