CN117884152A - 一种ZnO纳米复合光催化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种ZnO纳米复合光催化材料及其制备方法，包括以下步骤：将可溶性锌盐水溶液与碱水溶液混合，制得混合物一；将Ti3C2Tx粉末与所述混合物一混合，制得混合物二；密封环境下，将所述混合物二在120‑180℃下进行水热反应，制备ZnO‑Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。本发明采用了简便的水热合成法，制备了ZnO‑Ti3C2Tx纳米复合光催化材料，该复合材料具有良好的光催化有机物降解性能，并且将ZnO‑Ti3C2Tx纳米复合光催化材料与氧化石墨烯复合，制备成ZnO‑Ti3C2Tx/GO气凝胶材料，该气凝胶材料还可以用于光催化产氢。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种ZnO纳米复合光催化材料及其制备方法。
背景技术
随着当今社会的飞速发展，人们越来越意识到环境对社会发展的重要性，社会发展的速度愈来愈快，目前环境的污染问题已经成为了人类面临的重大难题之一。人们迫切需要一类清洁高效、安全环保的技术来解决现代日益严重的环境问题，以满足现代社会可持续性发展的需求。光催化产氢技术作为一种绿色安全的能源技术，可以将太阳能转化为氢能储存起来，提高对太阳能的利用率，对解决我国的能源问题具有现实意义。同时，光催化技术可以降解有害污染物，实现环境清洁的目的，目前光催化技术已成为环境治理保护的研究热点之一。因此，对清洁高效、安全环保的光催化技术的研究不仅可以丰富能源结构，而且有利于对环境的保护，对社会的发展具有十分重大意义。
半导体氧化物由于其原料丰富、环境友好、价格低廉等优势成为当下光催化材料研究的热点之一。TiO2、ZnO、WO3等是目前常见的几种光催化材料，其中ZnO作为一种典型的N型半导体氧化物因其化学性能优异、结构多样且可控、成本低等优势在光催化领域备受关注，是目前光催化领域研究的热点之一。然而ZnO作为光催化材料仍然存在着光能利用率低、光生载流子分离率低等缺陷，导致催化效果不理想。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种ZnO纳米复合光催化材料及其制备方法，本发明采用了简便的水热合成法，制备了ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料，该复合材料具有良好的光催化有机物降解性能，并且将ZnO-Ti3C2Tx复合材料与氧化石墨烯(GO)复合，制备成ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶材料，该气凝胶材料还可以用于光催化产氢。
本发明具体是通过如下技术方案来实现的。
本发明的第一个目的是提供一种ZnO纳米复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
将可溶性锌盐水溶液与碱水溶液混合，制得混合物一；将Ti3C2Tx粉末与所述混合物混合，制备混合物二。
密封环境下，将所述混合物二在120-180℃下进行水热反应，反应结束后，离心、干燥，制备ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。
在本发明优选的实施例中，可溶性锌盐水溶液中，可溶性锌盐为Zn(NO3)2·6H2O、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或几种，可溶性锌盐水溶液中，可溶性锌盐和水的用量比为0.0123mol:20mL。
在本发明优选的实施例中，碱水溶液中，碱为氢氧化钠、氢氧化钾，碱水溶液浓度为0.0245mol：15mL。
在本发明优选的实施例中，可溶性锌盐和碱的摩尔比为1：2，Ti3C2Tx粉末和可溶性锌盐的质量比为50mg：3.66g。
在本发明优选的实施例中，水热反应的时间为8-12h。
在本发明优选的实施例中，还包括，将所述ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料和氧化石墨烯悬浮液混合，制备分散液；在密封条件下，将所述分散液在180℃条件下反应，制备水凝胶；将所述水凝胶在水中浸泡，之后冷冻干燥，制得ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶。
在本发明优选的实施例中，氧化石墨烯悬浮液的浓度为10mg·L-1，分散剂是去离子水，ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料和氧化石墨烯悬浮液的用量比为10mg：3mL。
在本发明优选的实施例中，反应时间为12-16h。
本发明第二个目的是提供由上述方法制备的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。
本发明第三个目的是提供由上述制备方法制备的ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明利用Ti3C2Tx特殊的结构和优异性能，通过水热法将Ti3C2Tx、可溶性锌盐、碱制备成ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料，构建一种高性能的Ti3C2Tx与ZnO纳米复合光催化材料。Ti3C2Tx是一种二维纳米材料，具有较高的载流子迁移速率，优异的光电性能和丰富的表面官能团，将Ti3C2Tx与ZnO半导体材料复合可提高光催化活性，抑制电子-空穴对的复合，提升光催化性能，制备的ZnO-Ti3C2 MXene纳米复合材料能够用于光催化降解有机污染物。
(2)上述ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料采用较为简单的水热的方法，制备过程容易实现，能够较好的调控纳米复合材料的结构和界面，通过不断优化界面结构，能够充分利用Ti3C2Tx与ZnO之间的协同作用，有效的解决现有光催化活性较低的问题。
(3)本发明还将制备的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料与GO制备成气凝胶，该气凝胶表现出较好的光催化制氢性能。
因此，本发明制备方法简单，容易实现，且制备的光催化材料具有良好的光催化性能，有利于工业化生产应用。
附图说明
图1为各个样品的XRD图谱：(a)为S-180、S-160、Z-180及Ti3C2Tx MXene的XRD图；(b)为A-180和Z-180的XRD图。
图2为ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料粉末以及ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶的SEM图：(a)-(d)为S-180的SEM图；(e)-(h)为A-180的SEM图。
图3为A-180的EDS图谱：(a)为所扫描的区域；(b)为区域的元素分布情况。
图4为S-180和Z-180的紫外-可见吸收光谱：(a)为S-180和Z-180的吸收光谱；(b)为S-180和Z-180的带隙。
图5为ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料对罗丹明B溶液随时间的光催化降解结果：(a)为不同材料对罗丹明B溶液降解率的比较；(b)为S-180在不同紫外光照时间下的图片。
图6为ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料对罗丹明B的降解率循环实验：(a)为S-180的循环实验结果；(b)为S-160的循环实验结果。
图7为A-180、A-160的光催化产氢结果。
图8为放在花朵中的A-180气凝胶照片。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
ZnO作为光催化材料仍然存在着光能利用率低、光生载流子分离率低等缺陷，MXene作为一种新型的二维纳米材料，具有较高的载流子迁移速率，优异的光电性能和丰富的表面官能团，将MXene与ZnO半导体材料复合可提高光催化活性，抑制电子-空穴对的复合，提升光催化性能。本发明采用Ti3C2Tx二维纳米材料与ZnO半导体材料进行复合，制备具有优异光催化性能的纳米复合材料。
本发明采用了简便的水热合成法，通过控制不同的水热温度制备了不同的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料在扫描电镜下看到大部分片状ZnO都覆盖在Ti3C2Tx的层表面，同时也有部分的ZnO生长在Ti3C2Tx的层间。制备方法，包括以下步骤：
将可溶性锌盐水溶液与碱水溶液混合，制得混合物一；将Ti3C2Tx粉末与所述混合物一混合，制备混合物二。
密封环境下，将所述混合物二在120-180℃下进行水热反应，反应结束后，离心、干燥，制备ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。
在本发明优选的实施方式中，可溶性锌盐为Zn(NO3)2·6H2O、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或几种，可溶性锌盐水溶液中，可溶性锌盐和水的用量比为0.0123mol:20mL。碱为氢氧化钠、氢氧化钾，碱水溶液浓度为0.0245mol：15mL。可溶性锌盐和碱的摩尔比为1：2，Ti3C2Tx粉末和可溶性锌盐的质量比为50mg：3.66g。
在本发明优选的实施方式中，水热反应的时间为8-12h。
在本发明优选的实施方式中，水热反应的温度为180℃。实验证明，180℃的水热温度优于其他的反应温度，在180℃的反应条件下制备的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料，具有更高的光催化活性。
本发明制备的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料具有良好的光催化性能，在光照条件下，ZnO-Ti3C2Tx复合材料在18min内对罗丹明B溶液的降解率达到了96％，并在5次的循环实验后，降解率仍能保持在90％以上，展现出了超高的光催化稳定性。
在本发明优选的实施方式中，本发明还在ZnO-Ti3C2Tx复合材料中引入了氧化石墨烯(GO)作为基体，再次水热后生成ZnO-Ti3C2Tx/GO水凝胶，随后通过真空下的冷冻干燥成功制备了ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶材料。制备的ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶在电镜下呈现出网络状的多孔结构，ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶具有光解水产氢的效果。制备方法，包括以下步骤：
将所述ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料和氧化石墨烯悬浮液混合，制备分散液；在密封条件下，将所述分散液在180℃条件下反应，制备水凝胶；将所述水凝胶在水中浸泡，之后冷冻干燥，制得ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶。
在本发明优选的实施方式中，氧化石墨烯悬浮液的浓度为10mg·L-1，分散剂是去离子水，ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料和氧化石墨烯悬浮液的用量比为10mg：3mL。
在本发明优选的实施方式中，反应时间为12-16h。
本发明采用较为简单的水热的方法先制备ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料，制备过程容易实现，该方法能够较好的调控纳米复合材料的结构和界面，通过不断优化界面结构，能够充分利用Ti3C2Tx与ZnO之间的协同作用，有效的解决现有光催化活性较低的问题。本发明制备方法简单，容易实现，且制备的光催化材料具有良好的光催化性能，有利于工业化生产应用。
下面通过具体的实施例和对比例，对本发明的内容进行具体说明。
首先将ZnO和Ti3C2Tx进行复合，制备ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料，并对其结构和性能进行说明。
实施例1
一种ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料的制备方法，水热反应温度为180℃，包括以下步骤：
用电子天平称取3.66g Zn(NO3)2·6H2O、0.98g的NaOH，用量筒分别称取20mL、15mL的去离子水。把称量好的Zn(NO3)·6H2O溶于20mL去离子水中，NaOH溶于15mL去离子水中分别配成水溶液。随后，向Zn(NO3)·H2O溶液中滴加NaOH溶液并不断搅拌。NaOH溶液滴加完后，再称取50mg所制备的Ti3C2Tx MXene粉末(即Ti3C2Tx粉末，下同)加入到上述溶液中。剧烈搅拌20min后，将所得的浆料混合物转移到50mL的特氟龙内胆中密封好，后将不锈钢反应釜拧紧，放入干燥试验箱中进行水热反应。反应温度为180℃，反应时间设置为12h。
反应结束后待反应釜冷却，取出产物并分别用去离子水和乙醇以8000rpm的转速各离心洗涤5min两次。随后将产物放入电热鼓风干燥箱中，在60℃条件下干燥12h得到ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。将样品收集到样品管中标记为S-180用于测试。
实施例2
一种ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料的制备方法，水热反应温度为160℃，包括以下步骤：
用电子天平称取3.66g Zn(NO3)2·6H2O、0.98g的NaOH，用量筒分别称取20mL、15mL的去离子水。把称量好的Zn(NO3)·6H2O溶于20mL去离子水中，NaOH溶于15mL去离子水中分别配成水溶液。随后，向Zn(NO3)·H2O溶液中滴加NaOH溶液并不断搅拌。NaOH溶液滴加完后，再称取50mg所制备的Ti3C2Tx MXene粉末加入到上述溶液中。剧烈搅拌20min后，将所得的浆料混合物转移到50mL的特氟龙内胆中密封好，后将不锈钢反应釜拧紧，放入干燥试验箱中进行水热反应。反应温度为160℃，反应时间设置为12h。
反应结束后待反应釜冷却，取出产物并分别用去离子水和乙醇以8000rpm的转速各离心洗涤5min两次。随后将产物放入电热鼓风干燥箱中，在60℃条件下干燥12h得到ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。将样品收集到样品管中标记为S-160用于测试。
实施例3
一种ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料的制备方法，水热反应温度为140℃，包括以下步骤：
用电子天平称取3.66g Zn(NO3)2·6H2O、0.98g的NaOH，用量筒分别称取20mL、15mL的去离子水。把称量好的Zn(NO3)·6H2O溶于20mL去离子水中，NaOH溶于15mL去离子水中分别配成水溶液。随后，向Zn(NO3)·H2O溶液中滴加NaOH溶液并不断搅拌。NaOH溶液滴加完后，再称取50mg所制备的Ti3C2Tx MXene粉末加入到上述溶液中。剧烈搅拌20min后，将所得的浆料混合物转移到50mL的特氟龙内胆中密封好，后将不锈钢反应釜拧紧，放入干燥试验箱中进行水热反应。反应温度为140℃，反应时间设置为12h。
反应结束后待反应釜冷却，取出产物并分别用去离子水和乙醇以8000rpm的转速各离心洗涤5min两次。随后将产物放入电热鼓风干燥箱中，在60℃条件下干燥12h得到ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。将样品收集到样品管中标记为S-140用于测试。
实施例4
一种ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料的制备方法，水热反应温度为120℃，包括以下步骤：
用电子天平称取3.66g Zn(NO3)2·6H2O、0.98g的NaOH，用量筒分别称取20mL、15mL的去离子水。把称量好的Zn(NO3)·6H2O溶于20mL去离子水中，NaOH溶于15mL去离子水中分别配成水溶液。随后，向Zn(NO3)·H2O溶液中滴加NaOH溶液并不断搅拌。NaOH溶液滴加完后，再称取50mg所制备的Ti3C2Tx MXene粉末加入到上述溶液中。剧烈搅拌20min后，将所得的浆料混合物转移到50mL的特氟龙内胆中密封好，后将不锈钢反应釜拧紧，放入干燥试验箱中进行水热反应。反应温度为120℃，反应时间设置为12h。
反应结束后待反应釜冷却，取出产物并分别用去离子水和乙醇以8000rpm的转速各离心洗涤5min两次。随后将产物放入电热鼓风干燥箱中，在60℃条件下干燥12h得到ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。将样品收集到样品管中标记为S-120用于测试。
对比例1
为了比较其性能，在同样的方法下不添加Ti3C2Tx MXene(即Ti3C2Tx粉末)，反应温度设置为180℃制备纯ZnO，将产物标记为标记为Z-180，具体包括以下步骤：
用电子天平称取3.66g Zn(NO3)2·6H2O、0.98g的NaOH，用量筒分别称取20mL、15mL的去离子水。把称量好的Zn(NO3)·6H2O溶于20mL去离子水中，NaOH溶于15mL去离子水中分别配成水溶液。随后，向Zn(NO3)·H2O溶液中滴加NaOH溶液并不断搅拌。将所得的浆料混合物转移到50mL的特氟龙内胆中密封好，后将不锈钢反应釜拧紧，放入干燥试验箱中进行水热反应。反应温度为180℃，反应时间设置为12h。
反应结束后待反应釜冷却，取出产物并分别用去离子水和乙醇以8000rpm的转速各离心洗涤5min两次。随后将产物放入电热鼓风干燥箱中，在60℃条件下干燥12h得到ZnO-Ti3C2Tx复合光催化剂。将样品收集到样品管中标记为Z-180用于测试。
对上述实施例和对比例制备的材料进行以下表征：
图1为XRD衍射图分析：通过XRD分析了样品的晶相结构，由图1中(a)Ti3C2TxMXene、S-180、S-160、Z-180的XRD图谱对比分析可知，在S-180、S-160以及Z-180的图谱中，可以清楚地看出六方纤锌矿相ZnO的特征衍射峰，在31.7°、34.4°、36.3°、47.5°、56.6°、62.8°、66.4°、67.9°、69.1°都出现了明显的衍射峰，分别对应于ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)晶面，且无其他杂质峰出现，与标准PDF卡片晶相(JCPDSNo.03-0888)相吻合。在MXene的XRD图谱中Ti3C2Tx在8.9°、18.2°处分别对应的(002)、(004)衍射峰也被观测到。而S-180、S-160的衍射谱中也同样在18.2°处观测到了属于Ti3C2的(004)衍射峰，但并没有观测到8.9°处的(002)衍射峰，这可能是因为在S-180、S-160材料中Ti3C2Tx的含量较少，使得Ti3C2Tx被ZnO所覆盖的缘故。以上分析表明了S-180和S-160分别在180℃和160℃水热12h的条件ZnO与Ti3C2Tx MXene的成功复合。
图2中(a)-(d)为制备的S-180的SEM图，可以看到在图中存在着大量的粒径小于1μm片状结构以及部分裸露出来的多层结构，这些片状结构包围着层状的结构，结合S-180的XRD衍射图谱可知片状结构的主要成分为ZnO，而层状结构为HF刻蚀得到的多层Ti3C2。在更大的倍数下可以看到，ZnO覆盖在Ti3C2Tx的表面并且Ti3C2Tx的层与层之间也分布着一些粒径小于1μm的片状ZnO。
氧化锌带隙能量(Eg)可以通过变换的Kubelka-Munk函数与激发光能量(hν)的图来计算。如图4中(b)所示，ZnO-Ti3C2Tx复合材料(S-180)和纯ZnO(Z-180)的估计带隙分别为3.22eV和3.24eV。
S-180、S-160、S-140、S-120以及Z-180对罗丹明B(RhB)溶液随时间的光催化结果。如图5所示。显然在未开光源前30min内加入了ZnO-Ti3C2Tx复合材料或纯ZnO材料的罗丹明B溶液几乎没有降解，打开氙灯后，罗丹明B溶液迅速降解。此外，还注意到ZnO-Ti3C2Tx复合材料相比于纯ZnO材料具有更高的光催化活性。
在18min的光照下，S-180的降解率(η)达到了96％，而对于纯ZnO材料(S-180)而言，18min的光照时长下的降解率只有62％。而ZnO-Ti3C2Tx复合材料中，在同样光照时长下S-160、S-140以及S-120的降解率分别为86％、75％、69％，均低于S-180，这可能是由于随着复合温度的降低，ZnO的结晶率也随着降低而导致的。
此外，还进行了循环实验来进一步测试了ZnO-Ti3C2Tx复合材料的光降解循环性能，如图6所示。其中(a)为S-180的循环实验，(b)为S-160的循环实验。可以看到，无论S-180还是S-160在经过5次循环后的光降解率只有微小的下降，说明ZnO-Ti3C2Tx复合材料仍保持着良好的光催化活性。结果表明ZnO-Ti3C2Tx复合材料具有超高的光催化稳定性，对工业排放的污水降解处理中有潜在的应用价值。
其次，我们还将上述实施例中制备的ZnO-Ti3C2Tx米复合光催化材料与氧化石墨烯进行复合，制备成ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶，并对其结构和性能进行说明。
实施例5
进一步的，借助氧化石墨烯作为基体，将ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料(S-180)负载到氧化石墨烯上通过水热反应制成水凝胶，再将制得的水凝胶冷冻干燥制成气凝胶。具体制备流程为：
用量筒量取15mL 10mg·L-1的氧化石墨烯悬浮液(氧化石墨烯悬浮液中的分散剂是去离子水)倒入烧杯中，在电子天平上称量出50mg制备出的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料(S-180)加入氧化石墨烯悬浮液中，超声分散30min。随后，将混合液转移到25mL的特氟龙内胆中密封，将反应釜放入干燥试验箱中在180℃条件下反应16h得到ZnO-Ti3C2Tx/GO水凝胶。冷却后，将产物取出，放入样品管中以去离子水浸泡保存。随后，将制得的ZnO-Ti3C2Tx/GO水凝胶放入冷冻干燥箱，在真空条件下冷冻36h形成ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶，记为A-180。
实施例6
进一步的，借助氧化石墨烯作为基体，将ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料(S-160)负载到氧化石墨烯上通过水热反应制成水凝胶，再将制得的水凝胶冷冻干燥制成气凝胶。具体制备流程为：
用量筒量取15mL 10mg·L-1的氧化石墨烯悬浮液倒入烧杯中，在电子天平上称量出50mg制备出的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料(S-160)加入氧化石墨烯悬浮液中，超声分散30min。随后，将混合液转移到25mL的特氟龙内胆中密封，将反应釜放入干燥试验箱中在180℃条件下反应16h得到ZnO-Ti3C2Tx/GO水凝胶。冷却后，将产物取出，放入样品管中以去离子水浸泡保存。随后，将制得的ZnO-Ti3C2Tx/GO水凝胶放入冷冻干燥箱，在真空条件下冷冻36h形成ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶，记为A-160。
对上述实施例5和实施例6制备的气凝胶进行以下表征：
图1中(b)为S-180制成气凝胶后与制备的纯ZnO的XRD对比图，也同样出现了六方纤锌矿相ZnO的特征衍射峰，而Ti3C2Tx MXene的(002)、(004)衍射峰未被观测到，这可能是由于引入的氧化石墨烯后Ti3C2Tx MXene的相对含量太低的缘故。
图2中(e)-(h)为A-180的SEM图谱，可以清楚的看到材料呈现出稀疏多孔网络结构，这是气凝胶的典型结构。但并没有看到图2中(a)-(d)中的片状与层状结构，这可能是因为在第二次水热中，ZnO和Ti3C2Tx的结构发生了转变，由原来的片状与层状结构转变为气凝胶的多孔网络结构。结合A-180的XRD衍射图谱分析，以上实验结果可以初步表明ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶的成功制备。
图3为以(a)中所示区域进行扫描得到的EDS图谱，(b)为(a)区域的元素分布情况，可以清楚的看到在(a)所示区域分布着C、Ti、O、Zn四种元素，四种元素的占比为64％、8％、20％、8％，与SEM图谱结合分析进一步证实了ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶的成功制备。
图7为ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶材料的光催化产氢结果，图中可以看出A-180和A-160均具有光催化产氢性能，且A-180的产氢量仍然略高于A-160，说明将ZnO-MXene复合材料制备成气凝胶进行光催化制氢是可以实现的。图8为放在花朵中的A-180气凝胶照片，显示气凝胶具有较低的密度。
综上所述，通过实施例1-6可以说明，将ZnO和Ti3C2Tx复合后制备的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料一方面具有优异的光催化降解有机污染物的性能，另一方面，还能将其与氧化石墨烯复合，制备成ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶材料，并且该气凝胶材料还能用于光催化产氢。上述制备方法简单，采用较为简单的水热的方法即可实现，非常适合工业化生产应用，为光催化材料的进一步发展提供了一种方法支持。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种ZnO纳米复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将可溶性锌盐水溶液与碱水溶液混合，制得混合物一；将Ti3C2Tx粉末与所述混合物一混合，制得混合物二；
密封环境下，将所述混合物二在120-180℃下进行水热反应，反应结束后，离心、干燥，制备ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，可溶性锌盐水溶液中，可溶性锌盐为Zn(NO3)2·6H2O、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碱水溶液中，碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，可溶性锌盐和碱的摩尔比为1：2，Ti3C2Tx粉末和可溶性锌盐的质量比为50mg：3.66g。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水热反应的时间为8-12h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括，将所述ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料和氧化石墨烯悬浮液混合，制备分散液；在密封条件下，将所述分散液在180℃条件下反应，制备水凝胶；将所述水凝胶在水中浸泡，之后冷冻干燥，制得ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯悬浮液的浓度为10mg·L-1，分散剂是去离子水，ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料和氧化石墨烯悬浮液的用量比为10mg：3mL。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，反应时间为12-16h。
9.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的ZnO-Ti3C2Tx纳米复合光催化材料。
10.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法制备的ZnO-Ti3C2Tx/GO气凝胶。
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