CN105032418B - 不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，属于光催化材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：通过ZnO包裹碳球形成壳核结构，Ag纳米颗粒沉积在ZnO表面形成的Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂。本发明制得的具有特定形貌的三元壳核结构Ag/ZnO‑碳球异质结光催化剂有效提高了ZnO对可见光的吸收及可见光催化性能；碳球用作碳材料，易于合成，且成本低廉，环境友好；该三元核壳结构光催化剂合成过程中所用原料价廉易得，绿色环保，ZnO的生成、ZnO纳米片（或六棱柱）直接生长在碳球上以及Ag+被还原为Ag纳米颗粒是通过一步反应得到的，方法简单，条件温和，并且仅通过调整反应参数即可有效调控光催化剂形貌。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料的合成技术领域，具体涉及一种不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法。
背景技术
ZnO作为一种光催化剂因其具有价廉易得、环境友好和紫外光催化性能优良等优点而受到了人们的广泛关注，但是由于其仅能吸收太阳光中的紫外线及量子产率低等缺点影响了ZnO的工业化应用。为此，人们采用不同的手段来提高ZnO的可见光催化性能，其中联合贵金属Ag沉积以及与碳材料（石墨烯、碳纳米管）复合形成三元异质结是一种较为有效的手段。已有的文献报道了合成Ag/ZnO-石墨烯和Ag/ZnO-碳纳米管等三元异质结来提高ZnO的可见光催化性能。目前，该领域还存在以下几方面的问题：（1）虽然石墨烯、碳纳米管等碳材料具有优异的物理、化学性能，但是其合成过程相对复杂且易对环境造成污染，成本相对较高；（2）这些三元异质结的合成通常是先采用ZnO与碳材料复合，然后再通过光还原或还原剂还原的方式沉积Ag，过程较为繁琐；（3）报道的三元异质结具有特定形貌的较少，而材料的微观形貌对其光催化性能具有重要的影响。
作为碳材料的一种，由葡萄糖溶液水热条件下合成的碳球具有合成条件简单，成本低廉，环境友好，形貌易控制，物理、化学性能稳定及优良的电子传输性能等优点，可以与光催化剂复合提高光生电子空穴对的分离效率，从而达到提高其光催化性能的目的，虽然有文献报道碳球负载CuO、CdS等纳米颗粒来提高材料的光催化性能，但是尚未有碳球负载ZnO，特别是负载具有一定形貌ZnO形成壳核异质结结构复合材料的报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种具有良好光催化性能的不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂能够充分利用ZnO、Ag纳米颗粒及碳球之间的协同效应，即利用Ag纳米颗粒的等离子体效应增加ZnO对可见光的吸收以及利用碳球及Ag纳米颗粒的优良导线性能来提高光生电子空穴对的分离效率，从而提高其可见光催化性能。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于是通过ZnO包裹碳球形成壳核结构，Ag纳米颗粒沉积在ZnO表面形成的Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂，其具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.2-0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8-12h得到平均直径为0.2-1μm的碳球；（2）将5-50mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25-3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005-0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5-13.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将2-11mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90-110℃反应4-12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
本发明所述的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.2mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应12h得到平均直径为0.2μm的碳球；（2）将5mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为13.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将11mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90℃反应12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
本发明所述的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8h得到平均直径为1μm的碳球；（2）将25mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.8:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.025:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为12.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将9mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于100℃反应4h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
本发明所述的柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8h得到平均直径为1μm的碳球；（2）将50mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将2mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于110℃反应10h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：1、三元壳核结构异质结光催化剂Ag/ZnO-碳球不仅对可见光具有较强的吸收，而且具有优良的可见光催化性能；2、碳球作为碳材料替代石墨烯、碳纳米管与ZnO复合，有效的简化了碳材料的合成工艺，并且成本较低，环境友好；3、本发明的三元壳核结构异质结光催化剂Ag/ZnO-碳球具有片花状及柱花状微观形貌，其中片花状形貌不但可以有效防止纳米颗粒之间的团聚，增加催化剂的比表面积，而且更有利于光在纳米片之间的传递，提高光的利用效率；4、本发明中不同形貌壳核结构异质结光催化剂Ag/ZnO-碳球的合成所用原料价廉易得，绿色环保，ZnO的生成、ZnO纳米片（或六棱柱）直接生长在碳球上以及Ag+被还原为Ag纳米颗粒是通过一步反应得到的，方法简单，条件温和且仅通过调整反应参数即可有效调控光催化剂的微观形貌。
附图说明
图1是本发明实施例2制得的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的扫描电镜图及高倍透射电镜图；
图2是本发明实施例3制得的柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的扫描电镜图；
图3是本发明实施例2制得的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂和片花状ZnO光催化剂可见光下对活性材料GR黑降解情况的对比图（催化剂量：0.6g/L，GR黑染料浓度：10mg/L）。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
将0.2M葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应12h得到平均直径为0.2μm的碳球；将5mg所得碳球分散到硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005:3.71，然后在搅拌的条件下滴加氢氧化钠溶液至混合溶液的pH 值为13.5形成悬浮液；在搅拌条件下将摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液11mL滴加到上述悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90℃反应12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥得到片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂1。
实施例2
将0.5M葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8h得到平均直径为1μm的碳球；将25mg所得碳球分散到硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.8:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.025:3.71，然后在搅拌的条件下滴加氢氧化钠溶液至混合溶液的pH 值为12.5形成悬浮液；在搅拌条件下将摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液9mL滴加到上述悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于100℃反应4h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥得到片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂2。
实施例3
将0.5M葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8h得到平均直径为1μm的碳球；将50mg所得碳球分散到硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.05:3.71，然后在搅拌的条件下滴加氢氧化钠溶液至混合溶液的pH 值为11.5形成悬浮液；在搅拌条件下将摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液2mL滴加到上述悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于110℃反应10h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥得到柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂3。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (3)
1.片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.2mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应12h得到平均直径为0.2μm的碳球；（2）将5mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为13.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将11mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90℃反应12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
2.片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8h得到平均直径为1μm的碳球；（2）将25mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.8:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.025:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为12.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将9mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于100℃反应4h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
3.柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8h得到平均直径为1μm的碳球；（2）将50mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将2mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于110℃反应10h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得柱花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。
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