[实用新型]具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构

说明书

技术领域

本发明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、纳米材料制备技术领域。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：本发明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，本发明具有以下特点：

(1) 本发明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为本发明实施例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为本发明实施例2制备的ZnO纳米片/纳米线复合结构薄膜的SEM图。

图3为本发明实施例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为本发明实施例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为本发明实施例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。