CN110538649A - 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂 - Google Patents
一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110538649A CN110538649A CN201910878144.XA CN201910878144A CN110538649A CN 110538649 A CN110538649 A CN 110538649A CN 201910878144 A CN201910878144 A CN 201910878144A CN 110538649 A CN110538649 A CN 110538649A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- zinc oxide
- hours
- deionized water
- graphene
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 49
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 32
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 11
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 8
- -1 5%) Chemical compound 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 6
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 6
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 6
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 6
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 5
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 1-(1-adamantyl)-3-aminothiourea Chemical compound C1C(C2)CC3CC2CC1(NC(=S)NN)C3 XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 claims 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 claims 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 claims 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 claims 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract 1
- SMFFOCYRDBWPIA-UHFFFAOYSA-N N.[O-2].[Zn+2] Chemical compound N.[O-2].[Zn+2] SMFFOCYRDBWPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012552 review Methods 0.000 description 4
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000012933 kinetic analysis Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂的制备方法与流程，属于材料制备技术领域。实验采用一步水热法依次合成了氧化锌、氧化锌与石墨烯复合材料及氧化锌与氮掺杂石墨烯复合材料光催化剂粉体，并对样品进行了测试与表征。本发明的特点是：制备方法简单，成本低，产率高，无污染，寿命长，易于推广。
Description
技术领域
本发明属于材料制备领域，涉及N型半导体氧化锌与石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究，并研究了改性石墨烯修饰氧化锌对光催化性能的影响。
背景技术
氧化锌（ZnO）是一种N型半导体材料，具有较宽的带隙（3.37eV）和大的激发结合能（60meV），这使其在发光二极管，光催化剂，气体传感器等领域具有巨大的潜力。然而，诸如ZnO的半导体光催化剂主要具有两个缺点。首先，ZnO的光生电子-空穴复合过快，导致量子效率降低，限制了光催化能力。其次，在可见光范围内使用太阳光谱是低效的，这极大地妨碍了其商业应用。通常，半导体催化剂可通过掺杂，复合材料和杂化材料来提高光催化效率，通过与碳材料组合制造复合纳米结构是提高光催化剂能量效率的方法之一，参阅Renewable and Sustainable Energy Review: A review of ZnO nanoparticles assolar photocatalysts: Synthesis, mechanisms and applications.第81期第536-551页。
石墨烯，作为一种二维零带隙晶体结构，其中碳原子排列在蜂窝晶格中，这种特殊结构使其具有独特的性质，如光学，电学，机械性能。为了定向石墨烯的电化学和磁性性能，化学掺杂是最有效的办法之一，对于碳基材料的化学掺杂，氮和硼一般是候选元素，由于它们与碳原子尺寸的相似性和价电子可以与相邻的碳原子形成稳定的共价键，因此易于取代碳原子。Wang等人总结了氮取代石墨烯的不同合成和表征方法，在实验和理论研究的基础上，还对N-石墨烯的应用进行了综述，参阅ACS Catalysis: Review on Recent Progressin Nitrogen-Doped Graphene: Synthesis, Characterization, and Its PotentialApplications.第2期第781-794页。Jia等人在可见光照射下制备出具有增强的光催化及高耐久性N掺杂石墨烯/CdS纳米复合材料，参阅The Journal of Physical Chemistry C:Highly Durable N-Doped Graphene/CdS Nanocomposites with EnhancedPhotocatalytic Hydrogen Evolution from Water under Visible Light Irradiation.第155期第23卷第11466-11473页。石墨烯的关键作用是在光催化过程中提供具有高电子传导性的网络，并且用作支持材料作为催化剂的载体。
发明内容
本发明的目的是在提高光催化性能的前提下，制备出纯氧化锌，氧化锌与石墨烯复合材料，以及氧化锌与氮掺杂石墨烯复合材料的制备，探究了石墨烯的最佳投料比，以及氮掺杂石墨烯的最佳掺氮比例。
本发明是通过以下工艺过程实现的，所用锌源是六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O），碱源是氢氧化钠（NaOH），所用氮源是尿素（CO(NH2)2），氧化石墨烯从原始石墨粉制备，所用试剂有浓硫酸（H2SO4），高锰酸钾（KMnO4），双氧水（H2O2，30%），稀盐酸（HCl，5%），以及去离子水，所有试剂都未经处理。采用水热法合成氧化锌：在磁力搅拌下将3毫摩尔Zn(NO3)2·6H2O分散在30ml去离子水中为A溶液，将一定比例的NaOH（Zn2+:OH-的摩尔比1:7.5）分散在30毫升去离子水中为B溶液，室温在磁力搅拌下将B溶液缓慢滴加到上述溶液中，反应进行30分钟，之后，将混合物密封在聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中升温至180℃并保温9小时，完成反应后，将高压釜自然冷却至室温，用去离子水和乙醇洗涤白色沉淀数次；最后将沉淀物在空气中在60℃下干燥8小时。氧化石墨烯的制备：通过改进的Hummers方法由天然石墨粉制备氧化石墨烯（GO），简言之，将1.2克石墨粉与50毫升浓H2SO4混合，在冰水浴中搅拌混合物3小时，然后缓慢加入6克KMnO4，保持温度低于5℃并连续搅拌3小时；移去冰水浴，将混合物溶液升温至35℃搅拌3小时，然后逐渐加入90毫升冰去离子水持续搅拌1小时，将温度升至95℃并保持1小时，接下来用10毫升H2O2处理该混合物直至停止冒泡，停止搅拌将溶液冷却至室温静置一晚，然后倾倒上清液，抽滤得到红棕色沉淀物并用HCl洗涤，接下来，将沉淀物分散在200毫升去离子水中并超声处理一天，然后，将超声均匀的溶液倒入透析袋中进行透析六至七天，将溶液离心并收集上清液；最后，将溶液冷冻干燥，将2克该粉末分散在1000毫升去离子水中超声处理均匀得到2g/ml的GO棕色分散体。氧化锌和石墨烯复合材料的制备：氧化锌和石墨烯复合材料采用简单的一锅水热法制备，简言之，将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶于20毫升去离子水中超声处理30分钟，将不同比例的GO溶液倒入硝酸锌溶液中并超声处理1小时，然后向含有Zn(NO3)2·6H2O的上述溶液中加入相同比例的NaOH溶液，再搅拌1小时；接下来，将上述均匀混合溶液转移到密封的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，并升温至180℃保温9小时。用去离子水洗涤沉淀数次，最终的氧化锌-石墨烯样品在60℃下干燥8小时。氧化石墨烯与氧化锌的质量比为2wt％，4wt％，6wt％，8wt％和12wt％。样品分别命名为2RGZ，4RGZ，6RGZ，8RGZ和12RGZ。根据光催化结果，发现8wt％的氧化锌-石墨烯复合材料显示出最高的光催化活性。氧化锌与氮掺杂石墨烯的制备：通过简单的水热法合成氧化锌-石墨烯复合材料，将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶解在一定量的氧化石墨烯溶液中并超声处理1小时，将一定比例的NaOH（Zn2+:OH-的摩尔比为1:7.5）溶解在20毫升去离子水中，在室温下缓慢加入上述溶液中，将混合溶液持续搅拌1小时；尿素所占质量比为4wt％，换算后目标产物中含氮质量百分比为1.8%，在磁力搅拌下将尿素水溶液加入混合物中，并再搅拌2小时，接着将上述均匀混合溶液转移到密封的不锈钢高压釜中，加热至180℃并保温9小时，收集灰色沉淀物并用去离子水洗涤数次；最后将获得的产物在60℃下干燥8小时，收集样品并用于进一步表征。
本发明所制得的氧化锌，氧化锌与氮掺杂石墨烯复合材料，氧化锌与氮掺杂石墨烯复合材料粉体光催化剂。样品的X-射线衍射光谱（XRD）如图1所示，样品的扫描电子显微镜（SEM）如图2所示，样品的紫外-可见光吸收光谱（UV-Vis）及对应的Tauc图如图3所示，样品的光致发光测试结果如图4所示，样品的X-射线光电子能谱（XPS）如图5所示，样品的光催化活性测试如图6所示。本发明的特点在于：采用简单的水热法制备氧化锌及复合材料粉末，制备工艺简单，相比于纯氧化锌，复合材料在紫外可见光区域有较好的光吸收以及表现出较高的光催化效率。
附图说明
图1为样品ZnO，氧化锌-石墨烯8RGZ，氧化锌-氮掺杂石墨烯（4NGZ）。
图2为样品的SEM，图（a-b）、（c-d）、（e-f）分别对应于样品氧化锌，氧化锌-石墨烯（8RGZ）以及氧化锌-氮掺杂石墨烯（4NGZ）。
图3（a）为样品ZnO，氧化锌-石墨烯（8RGZ），氧化锌-氮掺杂石墨烯（4NGZ）的UV-Vis图；图（b）为对应样品的Tauc图。
图4为样品为ZnO，氧化锌-石墨烯（8RGZ），氧化锌-氮掺杂石墨烯（4NGZ）的光致发光图谱，激发波长为325nm。
图5为氧化锌-氮掺杂石墨烯（4NGZ）的XPS，（a）、（b）、（c）、（d）和（e）分别对应于全谱峰、C 1s轨道峰、O 1s轨道峰、N 1s轨道峰和Zn 2p轨道峰。
图6（a）、（b）和（c）为样品氧化锌，氧化锌-石墨烯复合（4NGZ）以及氧化锌-氮掺杂石墨烯（8RGZ）的光催化降解亚甲基蓝的紫外吸收图，图6（d）和（e）分别是制备样品的降解效率图和对应样品的准一级动力学模型拟合分析。
具体实施方式
实施例1
3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O分散在30ml去离子水中为A溶液。将一定比例的NaOH（Zn2+:OH-的摩尔比1:7.5）分散在30毫升去离子水中为B溶液，室温在磁力搅拌下将B溶液缓慢滴加到上述溶液中，反应进行30分钟；接下来将混合物密封在聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中升温至180℃并保温9小时；完成反应后，将高压釜自然冷却至室温，用去离子水和乙醇洗涤白色沉淀数次，最后将沉淀物在空气中在60℃下干燥8小时。XRD如图1中ZnO所示，SEM如图2（a-b）所示，UV-Vis吸收谱如图4（a）中ZnO所示，对应的Tauc图如图4（b）中ZnO所示，光催化性能如图5（a）中样品ZnO所示，对应的准一级动力学分析如图6（e）中ZnO所示。
实施例2
将1.2克石墨粉与50毫升浓H2SO4混合，在冰水浴中搅拌混合物3小时，然后缓慢加入6克KMnO4，保持温度低于5℃并连续搅拌3小时；移去冰水浴，将混合物溶液升温至35℃搅拌3小时，然后逐渐加入90毫升冰去离子水持续搅拌1小时；将温度升至95℃并保持1小时；接下来用10毫升H2O2处理该混合物直至停止冒泡，停止搅拌将溶液冷却至室温静置一晚，然后倾倒上清液，抽滤得到红棕色沉淀物并用HCl洗涤。接下来，将沉淀物分散在200毫升去离子水中并超声处理一天。然后，将超声均匀的溶液倒入透析袋中进行透析六至七天，将溶液离心并收集上清液；最后，将溶液冷冻干燥，将2克该粉末分散在1000毫升去离子水中超声处理均匀得到2g/ml的氧化石墨烯（GO）棕色分散体。
实施例3
将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶于20毫升去离子水中超声处理30分钟，将不同比例的氧化石墨烯（GO）溶液倒入硝酸锌溶液中并超声处理1小时，然后向含有的Zn(NO3)2·6H2O上述溶液中加入相同比例的NaOH溶液，再搅拌1小时；接下来，将上述均匀混合溶液转移到密封的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，并升温至180℃保温9小时；用去离子水洗涤沉淀数次，最终的氧化锌-石墨烯样品在60℃下干燥8小时。XRD如图1中样品8RGZ所示，SEM如图2（c-d）所示，UV-Vis吸收谱如图4（a）中8RGZ（石墨烯所占质量比为8%）所示，对应的Tauc图如图4（b）中8RGZ所示，光催化性能如图5（b）和（d）中样品8RGZ所示，对应的准一级动力学分析如图6（e）中8RGZ所示。
实施例4
将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶解在一定量的氧化石墨烯溶液中并超声处理1小时，并将一定比例的NaOH（摩尔比为1:7.5）溶解在20毫升去离子水中，并在室温下缓慢加入上述溶液中，将混合溶液持续搅拌1小时；尿素所占质量比为4%，换算后目标产物中含氮质量百分比为1.8%，在磁力搅拌下将尿素水溶液加入混合物中，并再搅拌2小时；将上述均匀混合溶液转移到密封的不锈钢高压釜中，加热至180℃并保温9小时，收集灰色沉淀物并用去离子水洗涤数次；最后将获得的产物在60℃下干燥8小时并用于进一步表征。XRD如图1中样品a所示，SEM如图2（e-f）所示，UV-Vis吸收谱如图4（c）中4NGZ（尿素所占质量比4%）所示，对应的Tauc图如图4（d）中4NGZ所示，光催化性能如图5（c）和6（d）和中样品4NGZ所示，对应的准一级动力学分析如图6（e）中4NGZ所示。
Claims (4)
1.一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂，其特征在于具有无污染、制备方法简单、高光催化活性；所用锌源是六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O），碱源是氢氧化钠（NaOH），所用氮源是尿素（CO(NH2)2），氧化石墨烯从原始石墨粉制备，所用试剂有硫酸（H2SO4），高锰酸钾（KMnO4），双氧水（H2O2，30%），稀盐酸（HCl，5%），以及去离子水，所有试剂都未经处理；采用水热法合成氧化锌：在磁力搅拌下将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O分散在30ml去离子水中为A溶液，将一定比例的NaOH（Zn2+:OH-的摩尔比1:7.5）分散在30毫升去离子水中为B溶液，室温在磁力搅拌下将B溶液缓慢滴加到上述溶液中，反应进行30分钟，之后，将混合物密封在聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中升温至180℃并保温9小时，完成反应后，将高压釜自然冷却至室温，用去离子水和乙醇洗涤白色沉淀数次，最后将沉淀物在空气中在60℃下干燥8小时；氧化石墨烯的制备：通过改进的Hummers方法由天然石墨粉制备氧化石墨烯，简言之，将1.2克石墨粉与50毫升浓H2SO4混合，在冰水浴中搅拌混合物3小时，然后缓慢加入6克KMnO4，保持温度低于5℃并连续搅拌3小时，移去冰水浴，将混合物溶液升温至35℃搅拌3小时，然后逐渐加入90毫升冰去离子水持续搅拌1小时；将温度升至95℃保持1小时，接下来用10毫升H2O2处理该混合物直至停止冒泡，停止搅拌将溶液冷却至室温静置一晚，然后倾倒上清液，抽滤得到红棕色沉淀物并用HCl洗涤，接下来，将沉淀物分散在200毫升去离子水中并超声处理一天；然后，将超声均匀的溶液倒入透析袋中进行透析六至七天，将溶液离心并收集上清液，最后，将溶液冷冻干燥成粉末，将2克该粉末分散在1000毫升去离子水中超声处理均匀得到2g/ml的GO棕色分散体；氧化锌和石墨烯复合材料的制备：氧化锌和石墨烯复合材料采用简单的一锅水热法制备，简言之，将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶于20毫升去离子水中超声处理30分钟，将不同比例的氧化石墨烯（GO）溶液倒入硝酸锌溶液中并超声处理1小时，然后向含有的Zn(NO3)2·6H2O上述溶液中加入相同比例的NaOH溶液，再搅拌1小时，接下来，将上述均匀混合溶液转移到密封的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，并升温至180℃保温9小时，用去离子水洗涤沉淀数次，最终的氧化锌-石墨烯样品在60℃下干燥8小时，氧化石墨烯与氧化锌的质量比为2wt％，4wt％，6wt％，8wt％和12wt％，样品分别命名为2RGZ，4RGZ，6RGZ，8RGZ和12RGZ，根据光催化结果，发现8wt％的氧化锌-石墨烯复合材料显示出最高的光催化活性；氧化锌与氮掺杂石墨烯复合材料的制备：氧化锌和氮掺杂石墨烯复合材料采用简单的一步水热法制备，将3毫摩尔的Zn(NO3)2·6H2O溶解在一定量的氧化石墨烯溶液中并超声处理1小时，并将一定比例的NaOH（摩尔比为1:7.5）溶解在20毫升去离子水中，并在室温下缓慢加入上述溶液中，将混合溶液持续搅拌1小时，然后，尿素作为氮源所占质量比为4wt％，换算后目标产物中含氮质量百分比为1.8%，在磁力搅拌下将尿素水溶液加入混合物中，并再搅拌2小时，接着将上述均匀混合溶液转移到密封的不锈钢高压釜中，加热至180℃并保温9小时，收集灰色沉淀物并用去离子水洗涤数次，最后将获得的产物在60℃下干燥8小时并用于进一步表征，通过一系列的表征手段如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见光吸收谱（UV-Vis）、荧光激发光谱（PL）、X射线光电子能谱（XPS）来分析样品的形貌、结构、成分和光学性质，光催化性能测试是样品在相同条件下降解染料亚甲基蓝，以亚甲基蓝溶液吸光度的变化来评估样品的光催化性能。
2.如权利要求1所示，其特征在于，水热合成时Zn2+:OH-1为1:7.5，温度为180℃下水热反应9小时可制备得到氧化锌纳米片。
3.如权利要求1所示，其特征在于，目标产物中石墨烯所占的质量比为8%。
4.如权利要求1所示，其特征在于，尿素所占的质量比为4%，换算后目标产物中含氮质量百分比为1.8%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910878144.XA CN110538649A (zh) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910878144.XA CN110538649A (zh) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110538649A true CN110538649A (zh) | 2019-12-06 |
Family
ID=68713967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910878144.XA Pending CN110538649A (zh) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110538649A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111229316A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-05 | 浙江工业大学 | 一种氧化锌负载孔径可调的三维蜂窝状碳基纳米材料的制备方法 |
| CN111644170A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-09-11 | 新疆大学 | 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的棒状铈掺杂氧化锌与石墨烯复合材料光催化剂 |
| CN112844358A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-28 | 常州恒利宝纳米新材料科技有限公司 | 一种石墨烯氧化锌纳米复合材料的制备方法 |
| CN113398970A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-17 | 武汉工程大学 | 一种ZnO纳米线阵列/三维氮掺杂rGO纳米管复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114073982A (zh) * | 2020-08-13 | 2022-02-22 | 新疆大学 | 一种在太阳光光照下具有优异光催化性能的氧化锌与苝酰亚胺复合光催化材料的合成方法 |
| CN117884152A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-04-16 | 长沙理工大学 | 一种ZnO纳米复合光催化材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101857222A (zh) * | 2010-05-28 | 2010-10-13 | 常州大学 | 一种大面积、连续的石墨烯/氧化锌复合结构的制备方法 |
| CN104801292A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种氧化锌纳米中空球/石墨烯复合材料的制备方法 |
-
2019
- 2019-09-17 CN CN201910878144.XA patent/CN110538649A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101857222A (zh) * | 2010-05-28 | 2010-10-13 | 常州大学 | 一种大面积、连续的石墨烯/氧化锌复合结构的制备方法 |
| CN104801292A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种氧化锌纳米中空球/石墨烯复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| XUN ZHOU等: ""Hydrothermal preparation of ZnO-reduced graphene oxide hybrid with high performance in photocatalytic degradation"", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 * |
| 赵金风: ""改性还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 工程科技I辑》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111644170A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-09-11 | 新疆大学 | 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的棒状铈掺杂氧化锌与石墨烯复合材料光催化剂 |
| CN111229316A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-05 | 浙江工业大学 | 一种氧化锌负载孔径可调的三维蜂窝状碳基纳米材料的制备方法 |
| CN114073982A (zh) * | 2020-08-13 | 2022-02-22 | 新疆大学 | 一种在太阳光光照下具有优异光催化性能的氧化锌与苝酰亚胺复合光催化材料的合成方法 |
| CN112844358A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-28 | 常州恒利宝纳米新材料科技有限公司 | 一种石墨烯氧化锌纳米复合材料的制备方法 |
| CN113398970A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-17 | 武汉工程大学 | 一种ZnO纳米线阵列/三维氮掺杂rGO纳米管复合材料及其制备方法和应用 |
| CN117884152A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-04-16 | 长沙理工大学 | 一种ZnO纳米复合光催化材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Recent advances of melamine self-assembled graphitic carbon nitride-based materials: design, synthesis and application in energy and environment | |
| Sun et al. | High-crystalline/amorphous g-C3N4 S-scheme homojunction for boosted photocatalytic H2 production in water/simulated seawater: Interfacial charge transfer and mechanism insight | |
| Zhang et al. | Powerful combination of 2D g-C3N4 and 2D nanomaterials for photocatalysis: recent advances | |
| CN110538649A (zh) | 一种在可见光照射下具有优异光催化性能的氧化锌基复合光催化剂 | |
| Zhu et al. | CeO2 nanocrystal-modified layered MoS2/g-C3N4 as 0D/2D ternary composite for visible-light photocatalytic hydrogen evolution: Interfacial consecutive multi-step electron transfer and enhanced H2O reactant adsorption | |
| Chen et al. | Sulfur and potassium co-doped graphitic carbon nitride for highly enhanced photocatalytic hydrogen evolution | |
| Lu et al. | Photothermal effect of carbon dots for boosted photothermal-assisted photocatalytic water/seawater splitting into hydrogen | |
| Cao et al. | Carbon-based H2-production photocatalytic materials | |
| Wang et al. | An overview on nitride and nitrogen-doped photocatalysts for energy and environmental applications | |
| Zhang et al. | NiSe2/Cd0. 5Zn0. 5S as a type-II heterojunction photocatalyst for enhanced photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN107349937B (zh) | 一种石墨烯基双金属硫化物纳米复合光催化剂的制备方法 | |
| CN102671683B (zh) | 一种纳米片自组装C掺杂(BiO)2CO3微球可见光催化剂的制备方法 | |
| Fu et al. | Efficient photocatalytic H2 evolution over Cu and Cu3P co-modified TiO2 nanosheet | |
| CN111036243B (zh) | 含氧空缺的过渡金属掺杂的BiOBr纳米片光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105879884A (zh) | 一维ZnS/CdS-C纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN109225217B (zh) | 一种碳化植物叶片@ZnO/Au异质结多级结构组装体催化剂及其制备方法 | |
| Zeng et al. | Construction of TiO 2-pillared multilayer graphene nanocomposites as efficient photocatalysts for ciprofloxacin degradation | |
| Yang et al. | Construction of multi-scale 1D/2D CdS/ZnS (en) 0.5 nanorod/nanosheet heterojunction to boost photocatalytic hydrogen generation performance | |
| CN107308973B (zh) | 一种碱式磷酸钴纳米针复合lton光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Rani et al. | BiVO4 nanostructures for photoelectrochemical (PEC) solar water splitting applications | |
| Song et al. | Enhanced visible-light photocatalytic hydrogen evolution activity of Er3+: Y3Al5O12/PdS–ZnS by conduction band co-catalysts (MoO2, MoS2 and MoSe2) | |
| Xue et al. | C3N4 nanosheets loaded with the CuWO4 activated NiS co-catalyst: a stable noble metal-free photocatalyst with dramatic photocatalytic activity for H2 generation and high salinity tolerant | |
| CN111172559A (zh) | 一种超薄水滑石基复合光电极及其光电分解水耦合有机物氧化反应的应用 | |
| Zou et al. | Inorganic anions assisted on crystal transition of polymorphic ZnIn2S4 for enhanced photocatalytic tetracycline hydrochloride degradation and Cr (VI) reduction | |
| Liu et al. | Photoreforming of polyester plastics into added-value chemicals coupled with H 2 evolution over a Ni 2 P/ZnIn 2 S 4 catalyst |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191206 |