CN108993469B - 一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构及其制备方法，该复合结构ZnO量子点直径为20nm，TiO2纳米片厚度为50nm，具体是通过以下步骤实现的：首先将钛源加入到去离子水中；然后在上述溶液中加入锌源和络合剂，在室温下超声得到透明的溶液；最后将得到透明的溶液放置到反应釜中在100‑200℃热处理5‑15小时，随后经过离心分离后干燥，得到ZnO量子点TiO2纳米片复合结构。制备过程中可以通过调整反应温度、反应时间及锌源的用量得到不同量子点覆盖率ZnO量子点TiO2纳米片复合结构。本发明制备工艺简单，不需要使用HF等腐蚀性化合物，过程可控；制备的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构在催化剂、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构及其制备方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术
TiO2由于其化学性能稳定、资源丰富、无毒，光催化活性高等优点，被广泛应用于太阳能电池、光催化等领域。TiO2不同晶面其活性能不一样，比如： (100)和(101)两个晶面能分别是0.53J·m-2、0.44J·m-2，而(001)面活性能为0.90J·m-2，高于其他两个面，因此在对反应物的吸附和分解方面有更高的活性；具有二维结构的TiO2纳米片暴露较多的(001)晶面，在光催化领域具有独特的优势。
但TiO2受激发的电子容易与空穴复合，产生暗电流，限制光电转换效率的提高。ZnO因其与TiO2相似的能带结构，并且电子迁移率高达115-155 cm2.V-1.s-1，远大于TiO2。因此，将ZnO与TiO2制备成复合结构，可望提高电子和空穴在导带和价带间的传输速率，从而提高光电性能。
文献[Electrochimica Acta，2015,182,529-536]以钛片为钛源，NaOH 为溶液，经过水热法、离子交换、高温退火得到了TiO2纳米片，然后用硝酸锌为锌源，氨水为溶剂制备了TiO2纳米线TiO2纳米片复合结构。文献[RSC Advances,2014,4,57054–57063]以氟钛酸铵为钛源和硝酸锌为锌源制备了 Zn掺杂TiO2纳米片。
尽管这些文献制备了ZnO/TiO2复合结构，但是ZnO量子点TiO2纳米片复合结构至今未见报道。因此，研发一种制备方法简单，量子点覆盖率可控的 ZnO量子点TiO2纳米片复合结构具有良好的应用前景。
发明内容
针对现有合成ZnO/TiO2纳米复合结构形貌以及考虑该种复合结构光催化降解有机污染物和太阳能电池的功能，本发明提供了一种由ZnO量子点和TiO2纳米片自组装而成的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，(001)晶面产率高， ZnO量子点覆盖高，在太阳能电池电极和催化剂等方面具有潜在的应用价值。
因此本发明提供了一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，所述ZnO量子点TiO2纳米片复合结构中，ZnO量子点直径为20nm，TiO2纳米片厚度为50nm。
本发明还提供了一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先将钛源加入到溶剂中，然后再加入锌源和络合剂，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)所述的混合溶液，进行超声分散，得到均匀透明溶液；
(3)将步骤(2)所述的均匀透明溶液转移到反应釜中，进行水热反应，待反应结束后，经过离心分离后洗涤、干燥，即得ZnO量子点TiO2纳米片复合结构。
优选的，步骤(1)中，所述钛源为氟钛酸铵，锌源为六水硝酸锌，络合剂为六亚甲基四胺，溶剂为去离子水。
优选的，步骤(1)钛源含量为0.05M，锌源含量为0.05M，络合剂含量 0.01M。
优选的，步骤(2)超声分散时间为10分钟。
优选的，步骤(3)中，所述水热反应条件为：在温度为100-200℃条件下，反应5-15h。
本发明具有以下优点：
1.本发明制备所得的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，具有电子、空穴复合率低，比表面积大，有利于提高光催化、太阳能效率，因此在催化剂、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
2.制备工艺简单可控，重复性好，不需要使用HF等腐蚀性化合物，对于 ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的量子点覆盖率调整可操作性强，可以通过调整反应温度、反应时间以及锌源的加入量，制备得到ZnO量子点覆盖率不同的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，产物的形貌新颖。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例1合成的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的扫描电镜(SEM)图。
图2为本发明实施例1合成的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的X射线衍射(XRD)图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.1将0.05M氟钛酸铵、0.05M六水硝酸锌和0.01M六亚甲基四胺加入20ml的去离子水中，得到混合溶液；
1.2将上述混合溶液在室温下进行超声分散10分钟，得到均匀透明溶液；
1.3将1.2的均匀透明溶液转移到反应釜中，于200℃的条件下反应15h，待反应结束后，经过离心分离后洗涤、干燥，即得ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，从图1中可以看出，所得产品ZnO量子点平均粒径为20nm，TiO2纳米片的平均厚度为50nm。图2为该实施例1所得样品的X射线衍射图谱，从图谱中可以看出，得到的是ZnO量子点TiO2纳米片复合结构。
实施例2
2.1将0.05M氟钛酸铵、0.01M六水硝酸锌和0.01M六亚甲基四胺加入20ml的去离子水中，得到混合溶液；
2.2将上述混合溶液在室温下进行超声分散，得到均匀透明溶液；
2.3将2.2的均匀透明溶液转移到反应釜中，于200℃的条件下反应15h，待反应结束后，经过离心分离后洗涤、干燥，即得TiO2纳米片复合结构，该结构没有ZnO量子点。
实施例3
3.1将0.05M氟钛酸铵、0.05M六水硝酸锌和0.01M六亚甲基四胺加入20ml的去离子水中，得到混合溶液；
3.2将上述混合溶液在室温下进行超声分散，得到均匀透明溶液；
3.3将3.2的均匀透明溶液转移到反应釜中，于200℃的条件下反应5h，待反应结束后，经过离心分离后洗涤、干燥，即得ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，但TiO2纳米片形貌不固定。
实施例4
4.1将0.05M氟钛酸铵、0.05M六水硝酸锌和0.01M六亚甲基四胺加入20ml的去离子水中，得到混合溶液；
4.2将上述混合溶液在室温下进行超声分散，得到均匀透明溶液；
4.3将4.2的均匀透明溶液转移到反应釜中，于100℃的条件下反应15h，待反应结束后，经过离心分离后洗涤、干燥，即得ZnO量子点TiO2纳米片复合结构，但ZnO量子点没有覆盖在TiO2纳米片表面。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，其特征在于，所述ZnO量子点TiO2纳米片复合结构中，ZnO量子点直径为20nm，TiO2纳米片厚度为50nm；
制备过程如下：
(1)首先将钛源加入到溶剂中，然后再加入锌源和络合剂，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)所述的混合溶液，在室温下放入超声设备进行超声分散，得到均匀透明溶液；
(3)将步骤(2)所述的均匀透明溶液转移到反应釜中，进行反应，待反应结束后，经过离心分离后洗涤、干燥，即得ZnO量子点TiO2纳米片复合结构。
2.根据权利要求1所述的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述钛源为氟钛酸铵，溶剂为去离子水，锌源为六水硝酸锌。
3.根据权利要求1所述的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，其特征在于：所述络合剂为六亚甲基四胺。
4.根据权利要求1-3任一所述的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，其特征在于：所述钛源、锌源和络合剂含量为0.05M、0.05M和0.01M。
5.根据权利要求1所述的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述超声分散时间为10分钟。
6.根据权利要求1所述的ZnO量子点TiO2纳米片复合结构的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述均匀透明溶液热反应条件为：在温度为100-200℃条件下，反应5-15h。
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