CN101717070B - 具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料制备技术领域,特别涉及一种用电化学沉积法制备具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的方法。本发明是以锌盐和铝盐的水溶液作为电解液,电化学沉积过程是在标准三电极体系中进行,将电解液倒入电解池中,以铂片作为对电极,以饱和甘汞电极作为参比电极,以导电基底作为工作电极;水浴加热电解池,维持电解池中的电解液的温度为70-90℃,给上述的工作电极施加相对于上述的参比电极为-0.8~-1.6V的电位,反应完成后,在导电基底上得到Al掺杂ZnO纳米片。本发明的Al掺杂ZnO纳米片对甲基橙表现出显著的光催化降解效果,在环境治理领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域,特别涉及一种用电化学沉积法制备具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的方法。
背景技术
ZnO是一种重要的宽带隙(Eg=3.34eV)半导体材料,在电子和光电子器件领域中具有广阔的应用前景。近年来,ZnO纳米材料的制备、性质及应用研究引起了人们的广泛关注,已经发展了多种方法制备ZnO纳米颗粒、纳米线和纳米片等纳米结构,如气相法(Adv.Mater.2001,13,113)、溶液法(Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,3031)、溶胶凝胶法等(J Adv.Mater.2005,17,1873)。以ZnO纳米材料为基础,构筑了诸多性能优异的纳米器件,如发射器、激光器、发光二极管、太阳能电池、场效应晶体管、逻辑电路、生物和化学传感器等。为了进一步提高基于ZnO的纳米器件的性能以及拓展ZnO纳米材料的应用领域,人们尝试对ZnO进行不同元素的掺杂。例如,通过Fe、Co、Ni、Mn元素的掺杂,可以使ZnO纳米材料具备磁性质(Appl.Phys.Lett.2001,78,958;Appl.Phys.Lett.2003,83,5488;Appl.Phys.Lett.2006,88,062508;J.Appl.Phys.2005,97,10D311)。通过I族(如Li,Na,K等)或V族(如N,P,As等)元素的掺杂,可以实现ZnO纳米材料的P型导电(Appl.Phys.Lett.2004,84,5040;Appl.Phys.Lett.2006,88,052106;Appl.Phys.Lett.2005,87,192103)。常用的制备掺杂ZnO纳米材料的方法有脉冲激光沉积法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、分子束外延、离子注入等方法,然而这些方法通常需要昂贵的设备,能耗高且制备过程复杂。最近,人们用一种简单的电化学沉积法成功地制备了Co,Ni,Ce,S等元素掺杂的ZnO纳米材料(Appl.Phys.Lett.2005,87,133108;Cryst.Growth Des.2008,8,1276;Chin.J.Chem.Phys.2007,20,632)。与之前的方法相比,电化学沉积法具有简单、经济、能耗低、操作简便、控制性好等优点,因而是一种极有前途的制备掺杂ZnO纳米结构的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的制备方法。
本发明的具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的制备方法包括以下步骤:
1)导电基底的准备:导电基底依次用丙酮、乙醇和水超声清洗,空气中晾干;
2)电解液的配制:配制锌盐和铝盐的水溶液作为电解液,其中,电解液中锌盐的浓度为5~100mM,铝盐的浓度为0.05~0.2mM;
3)电化学沉积:在标准三电极体系中,将步骤2)配置的电解液倒入电解池中,以铂片(Pt)作为对电极,以饱和甘汞电极作为参比电极,以步骤1)的导电基底作为工作电极;水浴加热电解池,维持电解池中的电解液的温度为70~90℃,给上述的工作电极施加相对于上述的参比电极为-0.8~-1.6V的电位,反应完成(一般为30~120分钟)后即可在导电基底上得到Al掺杂ZnO纳米片。
所述的Al掺杂ZnO纳米片的厚度为10~500nm。
所述的导电基底为ITO玻璃或FTO玻璃。
所述的锌盐为Zn(CH3COO)2或Zn(NO3)2。
所述的铝盐为AlCl3或Al(NO3)3。
本发明以锌盐和铝盐的水溶液作为电解液,在电化学沉积过程中,电解液中的NO3 -在工作电极表面被电化学还原形成OH-,溶液中Zn+与OH-结合,在加热的条件下生成ZnO。当溶液中有少量Al3+存在时,在适当的电位条件下,Al可能会部分取代ZnO中的Zn而形成Al掺杂ZnO。电解液中电解质的种类、浓度和配比等因素对产物的形貌具有重要影响,通过控制这些参数,本发明使用电化学沉积法成功地制备了Al掺杂ZnO纳米片,并且发现这种Al掺杂ZnO纳米片在光催化降解有机污染物领域具有良好的应用前景,尤其是对甲基橙表现出显著的光催化降解效果,可以用作降解甲基橙的光催化剂,起到环境治理作用。
附图说明
图1(a)~(f)依次为本发明实施例1~6的Al掺杂ZnO纳米片的SEM照片。
图2为本发明实施例5的Al掺杂ZnO纳米片的EDS能谱。
图3为本发明实施例5的Al掺杂ZnO纳米片的XRD谱图。
图4为本发明实施例5的Al掺杂ZnO纳米片对甲基橙溶液的光催化降解率随降解时间的变化曲线。
具体实施方式
实施例1.
将规格为1×3cm的ITO玻璃依次丙酮、乙醇和水超声清洗5分钟,晾干备用。配制含有Zn(NO3)2的浓度为5mM、Al(NO3)3的浓度为0.1mM的水溶液作为电解液。将电解液倒入电解池中,以Pt片作为对电极,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,以洗净的ITO玻璃作为工作电极。用水浴控制电解池中的电解液的温度为80℃,通过电化学分析仪给工作电极施加相对于参比电极为-1.2V的电位,反应60分钟,在工作电极上得到白色薄膜,即为产物Al掺杂ZnO纳米片,形貌如图1(a)所示,纳米片的厚度约为20nm,Al的掺杂量为27.8%。
实施例2.
将规格为1×3cm的FTO玻璃依次丙酮、乙醇和水超声清洗5分钟,晾干备用。配制含有Zn(NO3)2的浓度为100mM、AlCl3的浓度为0.1mM的水溶液作为电解液。将电解液倒入电解池中,以Pt片作为对电极,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,以洗净的FTO玻璃作为工作电极。用水浴控制电解池中的电解液的温度为80℃,通过电化学分析仪给工作电极施加相对于参比电极为-1.2V的电位,反应60分钟,在工作电极上得到白色薄膜,即为产物Al掺杂ZnO纳米片,形貌如图1(b)所示,纳米片的厚度约为10nm,Al的掺杂量为8.7%。
实施例3.
将规格为1×3cm的ITO玻璃依次丙酮、乙醇和水超声清洗5分钟,晾干备用。配制含有Zn(NO3)2的浓度为50mM、Al(NO3)3的浓度为0.1mM的水溶液作为电解液。将电解液倒入电解池中,以Pt片作为对电极,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,以洗净的ITO玻璃作为工作电极。用水浴控制电解池中的电解液的温度为90℃,通过电化学分析仪给工作电极施加相对于参比电极为-1.6V的电位,反应60分钟,在工作电极上得到白色薄膜,即为产物Al掺杂ZnO纳米片,形貌如图1(c)所示,纳米片的厚度约为500nm,Al的掺杂量为15.4%。
实施例4.
将规格为1×3cm的ITO玻璃依次丙酮、乙醇和水超声清洗5分钟,晾干备用。配制含有Zn(CH3COO)2的浓度为50mM、Al(NO3)3的浓度为0.1mM的水溶液作为电解液。将电解液倒入电解池中,以Pt片作为对电极,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,以洗净的ITO玻璃作为工作电极。用水浴控制电解池中的电解液的温度为70℃,通过电化学分析仪给工作电极施加相对于参比电极为-0.8V的电位,反应30分钟,在工作电极上得到白色薄膜,即为产物Al掺杂ZnO纳米片,形貌如图1(d)所示,纳米片的厚度约为25nm,Al的掺杂量为25.3%。
实施例5.
将规格为1×3cm的ITO玻璃依次丙酮、乙醇和水超声清洗5分钟,晾干备用。配制含有Zn(NO3)2的浓度为20mM、Al(NO3)3的浓度为0.2mM的水溶液作为电解液。将电解液倒入电解池中,以Pt片作为对电极,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,以洗净的ITO玻璃作为工作电极。用水浴控制电解池中的电解液的温度为85℃,通过电化学分析仪给工作电极施加相对于参比电极为-1.0V的电位,反应120分钟,在工作电极上得到白色薄膜,即为产物Al掺杂ZnO纳米片,形貌如图1(e)所示,纳米片的厚度约为60nm,Al的掺杂量为33%。Al掺杂ZnO纳米片的EDS能谱和XRD谱图分别如图2和图3所示。
实施例6.
将规格为1×3cm的ITO玻璃依次丙酮、乙醇和水超声清洗5分钟,晾干备用。配制含有Zn(NO3)2的浓度为20mM、Al(NO3)3的浓度为0.05mM的水溶液作为电解液。将电解液倒入电解池中,以Pt片作为对电极,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,以洗净的ITO玻璃作为工作电极。用水浴控制电解池中的电解液的温度为85℃,通过电化学分析仪给工作电极施加相对于参比电极为-1.1V的电位,反应60分钟,在工作电极上得到白色薄膜,即为产物Al掺杂ZnO纳米片,形貌如图1(f)所示,纳米片的厚度约为30nm,Al的掺杂量为15.0%。
实施例7
本发明的Al掺杂ZnO纳米片对甲基橙的光催化降解实验:将50ml浓度为5mg/ml的甲基橙溶液分别装在石英玻璃池中;分别将实施例5和实施例6制备的Al掺杂ZnO纳米片基片放入上述的甲基橙溶液中,以汞灯作为光源对反应体系进行光照。每隔20分钟对甲基橙溶液进行紫外-可见光吸收测试,图4为实施例5的Al掺杂ZnO纳米片对甲基橙的光催化降解率随降解时间的变化曲线。结果表明,本发明的Al掺杂ZnO纳米片对甲基橙具有明显的光催化降解效果,本发明实施例5的Al掺杂ZnO纳米片经过60分钟光照将溶液中的甲基橙完全降解。
Claims (2)
1.一种具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的制备方法,其特征是,该方法包括以下步骤:
1)导电基底的准备:导电基底依次用丙酮、乙醇和水超声清洗,空气中晾干;
2)电解液的配制:配制锌盐和铝盐的水溶液作为电解液,其中,电解液中锌盐的浓度为5~100mM,铝盐的浓度为0.05~0.2mM;
3)电化学沉积:在标准三电极体系中,将步骤2)配置的电解液倒入电解池中,以铂片作为对电极,以饱和甘汞电极作为参比电极,以步骤1)的导电基底作为工作电极;水浴加热电解池,维持电解池中的电解液的温度为70-90℃,给上述的工作电极施加相对于上述的参比电极为-0.8~-1.6V的电位,反应30~120分钟,在导电基底上得到Al掺杂ZnO纳米片;
所述的导电基底为ITO玻璃或FTO玻璃;
所述的锌盐为Zn(CH3COO)2或Zn(NO3)2;
所述的铝盐为AlCl3或Al(NO3)3。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是:所述的Al掺杂ZnO纳米片的厚度为10~500nm。
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Citations (2)
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