[发明专利]一种Cu2O/ZnO异质结的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化物异质结的制备方法，特别是涉及一种具有良好光催化性能的纳米异质结的制备方法。

背景技术

光催化技术被认为是解决环境污染和化石能源短缺等问题的最有前途的环境治理技术。四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)属于n型半导体，具有较高的量子产率。就普通四针状氧化锌晶须而言，作为一种半导体光催化材料光生电子和空穴容易复合，光催化效率较低。提高氧化锌晶须的电子和空穴分离效率是提高氧化锌晶须光催化效率的关键。从理论上讲，提高光催化效率的方法包括贵金属沉积、半导体复合、化学敏化等技术。贵金属沉积是以Au、Ag、Pt沉积ZnO等为代表，Au、Ag、Pt价格昂贵，材料制备成本高，应用相对受限；半导体复合较为典型的是SiO₂/ZnO、WO₃/ZnO等，然而这一类光催化材料具有光催化性能不稳定等缺点；化学敏化是以有机染料如Ru(bpy)₂⁺³以物理或者化学吸附方式与半导体氧化物相互作用，形成有机-半导体复合型光催化材料，它们的最大缺点在于光敏化剂受光激发注入半导体导带的电子容易发生复合，敏化剂易发生氧化而从本体上脱附，导致性能下降。因此，这一光催化敏化体系依然面临着光催化效率低、敏化剂的稳定性差和价格昂贵等问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种Cu₂O/ZnO异质结的制备方法，该方法可在常压下生产，设备简单，反应时间短，成本低，能耗低，重复性好、易于工业化生产。

本发明为实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种Cu₂O/ZnO异质结的制备方法，其具体作法是：

a.混合液制备：将0.15-0.9克的硝酸铜溶于10ml蒸馏水中得硝酸铜溶液；另将分子量为30000的聚乙烯吡咯烷酮0.01-0.12克溶于90ml乙二醇中得聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，再将所述两种溶液混合均匀后，再加入2-3克四针状氧化锌晶须并搅拌均匀，制得混合液；

b.加热反应：将混合液放在油浴中从室温加热到180-195℃，在180℃条件下，反应30-50分钟，冷却至室温；

c.抽滤、烘干：将b步反应后的混合液直接抽滤后，用蒸馏水抽滤2次，再用乙醇抽滤3次得固体产物，最后于70-80℃真空干燥8小时即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

控制反应温度在180-195℃下，可确保混合液中的Cu²⁺转变成Cu₂O，并很好地在ZnO表面生长成晶粒尺寸为几百个纳米的立方状颗粒，且通过聚乙烯吡咯烷酮的分散控制作用，使Cu₂O很好地分散在ZnO表面。通过控制ZnO的加入量使ZnO和Cu₂O的摩尔配比为100∶1使其光催化性能最好。70-80℃的干燥使Cu₂O/ZnO能够迅速干燥，并且不破坏氧化锌的微观形貌，反应的重复再现性好。整个制备过程在常压下完成，方法简单，无需专用设备，反应时间仅需2-3个小时即可(除干燥外)，制备费用低，易于工业化推广。

实验证明，用本发明方法制得的Cu₂O/ZnO纳米异质结，可实现Cu₂O形貌、数量可控并与ZnO结合紧密，具有优异的光催化性能。在波长为254nm紫外光照射下，用本发明方法制得的Cu₂O/ZnO纳米异质结的光催化性能高，在100分钟内降解率可达99.9％，可用作高效率的光催化材料。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是实施例1制备的Cu₂O/ZnO异质结的扫描电子显微镜图。

图2是实施例2制备的Cu₂O/ZnO异质结的扫描电子显微镜图。

图3是实施例3制备的Cu₂O/ZnO异质结的扫描电子显微镜图。

图4是实施例4制备的Cu₂O/ZnO异质结的扫描电子显微镜图。

图5是实施例5制备的Cu₂O/ZnO异质结的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

实施例1-5

实施例1-5的制备方法如下：