[发明专利]一种碳/氧化锌/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳/氧化锌/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法和应用，该方法包括将锌源和沉淀剂加入溶剂A中混合均匀获得锌源溶液；搅拌条件下将贵金属M纳米粒子溶液加入锌源溶液中，加热一段时间后，加入碱性溶液调节溶液PH至碱性，获得包含包覆有氧化锌层的纳米贵金属小球M@ZnO的溶液A；离心溶液A，经洗涤、烘干和研磨后获得M@ZnO小球粉末，将M@ZnO小球粉末分散至溶剂B中，获得M@ZnO小球溶液B；将一定量的碳量子点溶液加入M@ZnO小球溶液B中，混合均匀后烘干，获得碳/氧化锌/贵金属复合材料。其获得的材料尺寸均一、分散性好，该复合材料用于光催化剂，其光催化性能明显提升。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种碳/氧化锌/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，环境和能源问题愈发受到人们的广泛关注。对于纺织、造纸、养殖废水以及生活用水中不容易生物降解的染料杂质、残留抗生素等污染，光催化降解技术受到了人们的广泛关注。以无毒、热稳定、化学稳定的半导体金属氧化物为光催化剂的光催化降解技术，是一种常规的，去除不同类型有机混合物的方法。众所周知，光催化材料的活性在很大程度上取决于反应物的吸附性能和电子-空穴对的分离效率。因此，为了抑制电子与空穴的复合，掺杂过渡金属离子的半导体、与其他半导体的结合以及贵金属的掺入得到了深入的研究。

氧化锌为基础的催化剂具有成本低、资源容量大、激子结合能大等优点。另外，氧化锌能带结构的适宜性和可调性、化学稳定性和热稳定性以及无毒性，使其成为一种适合于光催化降解的材料。

为了提高光催化活性，一些研究集中在表面修饰的混合催化剂和半导体上。在这方面，可以通过在核上沉积一层合适的材料外壳来改变光学、导电和催化性能，从而产生一种新型的核壳材料。例如，贵金属纳米粒子与半导体的结合在能源、传感器、生物和催化等各个领域都有广泛的应用。金纳米颗粒作为一类重要的杂化纳米材料，因其优异的电学、光学和催化性能而成为研究的热点之一。其中Au@ZnO核壳结构的纳米复合材料具有独特的物理化学性质，已被应用于染料敏化太阳能电池、光催化、生物检测等领域。另一方面，很多工作以C60、石墨烯和碳纳米纤维作为电子清除剂制备光催化剂复合材料，但其在合成方法及性能提高上还有很大的发展空间。

发明内容

本发明提供一种碳/氧化锌/贵金属复合材料、光催化剂及其制备方法和应用，该制备方法将碳量子点复合于M@ZnO小球的表面，其中贵金属纳米颗粒作为核，氧化锌壳体包覆贵金属纳米颗粒，有效地避免了纳米贵金属颗粒的脱落，提高了复合材料的稳定性，在该核壳结构的基础上，碳量子点复合于氧化锌壳体上，拓展了吸收光谱，提高了氧化锌光催化剂对太阳光谱的利用，改善了催化性能。同时，在氧化锌纳米结构表面覆盖一层碳可以防止氧化锌和水的直接接触，可以抑制氧化锌的腐蚀速率，提高氧化锌的化学稳定性。本发明的制备方法获得的复合材料尺寸均一、分散性好，其中通过控制溶液中沉淀剂与锌源的比例以及碳量子点的含量，合成了不同形貌、尺寸大小的催化剂，通过优化碳量子点的含量，获得了光催化性能优异的光催化剂。

本发明一方面提供一种碳/氧化锌/贵金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：将一定量的锌源和沉淀剂加入一定量的溶剂A中混合均匀获得锌源溶液；

搅拌条件下将一定量的贵金属M纳米粒子溶液加入锌源溶液中，加热一段时间后，加入碱性溶液调节溶液PH至碱性，获得包含包覆有氧化锌层的纳米贵金属小球M@ZnO的溶液A；

离心所述溶液A，经洗涤、烘干和研磨后获得M@ZnO小球粉末，将所述M@ZnO小球粉末分散至溶剂B中，获得M@ZnO小球溶液B；

将一定量的碳量子点溶液加入M@ZnO小球溶液B中，混合均匀后烘干，获得碳/氧化锌/贵金属复合材料。

进一步地，所述锌源选用二水醋酸锌或硝酸锌，所述沉淀剂选用尿素、六亚甲基四胺或碳酸氢铵。

进一步地，所述锌源与所述沉淀剂物质的量之比为1：(2-20)。