具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构制造技术

具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构，包括导电载体、ZnO纳米片和ZnO纳米线。与传统的单一纳米结构ZnO薄膜相比，本实用新型专利技术的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜拥有更大的比表面积和更多的表面氧缺陷，对甲基橙表现出更高的光催化降解效率，在环境治理领域具有很好的应用前景。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构，属于光催化、环境保护、纳米材料制备

技术介绍
ZnO是一种重要的宽禁带II-VI族半导体材料，其带宽为3.37 eV，室温下的激子束缚能高达60 meV，具有优良的化学性质和热稳定性及良好的发光、光电转换等性能，使其在光电子、尤其是在纳米光电子器件中得到了广泛的应用。深入研究ZnO纳米结构材料的生长机理，控制其形貌、结构和尺度分布，是进一步拓展ZnO纳米结构应用领域的重要途径。其中，将高比表面积的ZnO纳米结构用作光催化剂来降解废水中的有机物就是典型之例。目前，人类生产活动排放的有机废水导致了大面积的污染，严重威胁着生态环境安全。应用半导体光催化技术净化环境是近年来研究开发出来的一种新方法。ZnO纳米结构材料是高效半导体光催化剂的典型代表。在紫外光照射下，ZnO价带的电子受激发跃迁到导带，同时在价带产生空穴，空穴与吸附在ZnO纳米结构表面的水反应产生氢氧自由基(·OH)，而电子则与吸附在ZnO纳米结构表面的氧反应产生活性离子氧(·O2－)，这两种物质均具有高的氧化活性，能够将吸附在光催化剂表面的有机物分解成无污染的物质(CO2、H2O)。近年来，各种各样ZnO纳米结构已被用作有机物的光催化降解测试。然而，目前用于环境治理的纳米结构ZnO光催化剂主要是粉末产品，使用时以悬浮态形式分散于水体当中，因而存在易团聚、易损失等现象，使用后存在难以与液体分离以及难以循环使用等问题，降低了光催化效率和增加了运行成本，这些缺点在一定程度上限制了它的实际应用。为此，人们通常选择一定的方法将ZnO纳米结构固载到某些载体表面。例如，He等[Phys. Status Solidi A， 206 (2009) 94]采用热蒸发技术直接在硅片上生长一维的ZnO纳米锥阵列，并将其用作光催化剂成功实现了甲基红溶液的光降解测试；Wang等[J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 7332]采用水热法在锌箔片上直接构筑了一维的ZnO纳米线阵列，有效地实现了溶液中氯酚的无害化光降解处理；Cao等[J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 5267]也采用固载在硅片上的二维ZnO纳米片阵列来光降解溶液中的甲基蓝。尽管固载的方法能有效解决催化剂使用后难以分离的问题，但这些单一纳米结构薄膜难以获得较大的比表面积，在一定程度上限制了光催化效率。因此，急需开发出简单、经济的方法来固载高比表面积的ZnO复合纳米结构薄膜光催化剂。然而迄今为止，固载的ZnO复合纳米结构薄膜光催化剂的制备与应用还未见报道。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构。技术方案：一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构，包括导电载体、ZnO纳米片和ZnO纳米线，所述ZnO纳米片沉积在导电载体上，ZnO纳米线的一端与ZnO纳-->米片连接。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：(1) 本专利技术中的固载到导电玻璃上的ZnO纳米片/纳米线复合结构光催化剂薄膜，比单一结构的纳米片或纳米线薄膜拥有更大的比表面积。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的X-射线衍射(XRD)图谱。其中横坐标为衍射角(2q)，单位为度(°)，纵坐标为衍射强度，单位为cps。图2为本专利技术实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的SEM图。图3为本专利技术实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的纳米线的低倍TEM像(图a)、高分辨TEM像(图b)和选区电子衍射像(图b插图)。图4为本专利技术实施例3制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的SEM图。图5为ZnO纳米片/纳米线复合结构示意图，其中1为导电载体，2为ZnO纳米片，3为ZnO纳米线。图6为本专利技术实施例3制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜和单一结构的ZnO纳米片薄膜的光致发光谱。其中横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为发光强度，单位为cps。图7为本专利技术实施例3制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜和单一结构的ZnO纳米片薄膜对甲基橙溶液的光催化降解率-时间的变化曲线。其中横坐标为紫外光辐照时间，单位为min，纵坐标为甲基橙溶液的相对浓度。具体实施方式以下结合实例对本专利技术作进一步的描述：实施例1：(一) 配制Zn2+浓度为0.03 mol/L、Cl-1浓度为0.06 mol/L的硝酸锌和氯化钾的混合溶液，所得溶液记为A；(二) 以上述制备的A溶液充当电解液，采用三电极电化学沉积体系(FTO导电玻-->璃为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极)直接在导电玻璃上电沉积制备ZnO纳米片阵列；所用沉积电位是?0.8 V，电解液温度为60 ℃，沉积时间为0.1 h；(三) 配制足量的硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液，两者的浓度均为0.005 mol/L，所得混合溶液记为B；(四) 将步骤(二)中生长了ZnO纳米片阵列的导电玻璃置于装有溶液B的带聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在80 ℃下保持1 h进行水溶液化学生长反应；(五) 反应结束后，将导电玻璃从高压釜中取出，反复用蒸馏水冲洗，干燥后即得具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜。实施例2：(一) 配制Zn2+浓度为0.05 mol/L、Cl-1浓度为0.1 mol/L的硝酸锌和氯化钾的混合溶液，所得溶液记为A；(二) 以上述制备的A溶液充当电解液，采用三电极电化学沉积体系(ITO导电玻璃为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极)直接在导电玻璃上电沉积制备ZnO纳米片阵列；所用沉积电位是?1.1 V，电解液温度为70 ℃，沉积时间为0.5 h；(三) 配制足量的硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液，两者的浓度均为0.05 mol/L，所得混合溶液记为B；(四) 将步骤(二)中生长了ZnO纳米片阵列的导电玻璃置于装有溶液B的带聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在100 ℃下保持3 h进行水溶液化学生长反应；-->(五) 反应结束后，将导电玻璃从高压釜中取出，反复用蒸馏水冲洗，干燥后即得具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜。所得产品的XRD图如图1所示，为六方纤锌矿氧化锌晶体结构。图2为该产品的SEM图，证明了ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的形成。图3a为来自ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的纳米线的TEM图，表明所形成的纳米线的直径约为30~40 nm。图3b为ZnO纳米线的高分辨TEM图和选区电子衍射图，揭示纳米线是沿[0001]晶轴方向生长的单晶结构。实施例3：(一) 配制Zn2+浓度为0.05 mol/L、Cl-1浓度为0.1 mol/L的硝酸锌和氯化钾的混合溶液，所得溶液记为A；(二) 以上述制备的A溶液充当电解液，采用三电极电化学沉积体系(ITO导电玻璃为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极)直接在导电玻璃上电沉积制备ZnO纳米片阵列；所用沉积电位是?1.1 V，电解液温度为70 ℃，沉积时间为1 h；(三) 配制足量的硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液，两者的浓度均为0.1 mol/L，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有光催化特性的ＺｎＯ纳米片／纳米线复合结构，其特征在于包括导电载体（１）、ＺｎＯ纳米片（２）和ＺｎＯ纳米线（３），所述ＺｎＯ纳米片沉积在导电载体上，ＺｎＯ纳米线的一端与ＺｎＯ纳米片连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构，其特征在于包括导电载体（1）、ZnO纳米片...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰，孙立涛，董方洲，孙俊，毕恒昌，尹奎波，万能，雷双瑛，胡小会，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84