[发明专利]一种高效光催化性能的ZnO@ZIF-8核壳纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效光催化性能的ZnO@ZIF‑8核壳纳米复合材料的制备方法，在H₂O‑有机溶剂中，使氧化锌纳米棒与2‑甲基咪唑分子在有机溶剂下发生反应，反应产物反复经醇洗和水洗后，通过冷冻干燥处理，得到具有核壳结构的ZnO@ZIF‑8纳米复合材料；具体包括如下步骤：1)、称取ZnO纳米棒0.1‑0.5g备用；2)、配比20mL质量浓度为0.5‑12mg/ml的2‑甲基咪唑有机溶剂溶液备用；3)、将步骤1、步骤2混合倒入四聚氟反应釜中，再加入0.01‑0.2ml的去离子水，使氧化锌纳米棒与2‑甲基咪唑分子在溶剂热条件下发生反应，密闭反应8‑72小时。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，特别涉及一种以ZnO为核ZIF-8为壳的高效光催化性能的ZnO@ZIF-8核壳纳米复合材料的制备方法。

背景技术

光催化技术以其催化活性高、设备简单、操作方便、能耗低、氧化能力强、无二次污染等优点，在难降解有机废水和综合废水的处理中得到了广泛研究。氧化锌是一种常见的n型半导体光催化剂，然而，较宽的带隙能和光激发所产生的电子-空穴对的快速复合致使氧化锌光催化剂的应用受到极大限制。异质结构材料因其易于控制材料的结构、形貌和功能，以及可促进电子从块体向界面转移等优势，成为提高氧化锌半导体光催化性能的重要方式。金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属离子或者金属簇与有机配体之间通过配位键或离子-配位键结合的有机-无机杂化材料。沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic Imidazolate Framework-8，ZIF-8)是MOFs材料中的一种，由锌离子和2-甲基咪唑(2-Methylimidazole，MleM)配位而成，因其拥有无机沸石分子筛的拓扑结构而备受瞩目。

在一定条件下，将ZnO置于2-甲基咪唑的有机溶液中，可以在ZnO表面均匀生长ZIF-8，形成ZnO@ZIF-8复合材料。例如文献(J.Am.Chem.Soc.,2013,135:1926-1933.)以ZnO纳米棒为自牺牲模板，在H₂O-DMF混合热溶液制备了壳层厚度约为300±25nm的ZnO@ZIF-8纳米棒；文献(Mater.Lett.2015,156:50-53.)改良该方法并制备了壳层厚度约为100nm的ZnO@ZIF-8纳米球；专利(CN104549082A)在2-甲基咪唑有机溶剂中制备了壳层厚度为40-60nm的ZnO@ZIF-8纳米球。虽然部分文献报道了ZnO@ZIF-8复合材料的制备方法，但制备的ZIF-8层厚度较大(均大于40nm)，不能显著提高复合材料的光催化效率。当ZnO@ZIF-8核壳材料外面覆盖的ZIF-8越薄，越有利于光生电子空穴的分离和输送，从而有利于提高复合材料的光降解性能。因此制备具有核壳结构、超薄ZIF-8覆盖层(5nm以下)、高光降解效率的ZnO@ZIF-8复合材料具有重要的意义和较大的难度。

本发明提出一种具有高效光催化性能的ZnO@ZIF-8核壳纳米复合材料的制备方法，制备所得到复合材料的ZIF-8壳层厚度仅为2-5nm，在可见光条件下，表现出极高的光降解性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种厚度仅为2-5nm、具有高效光催化性能的ZnO@ZIF-8核壳纳米复合材料的制备方法。

本发明在有机溶剂中，通过控制2-甲基咪唑与氧化锌纳米棒的质量比例获得了厚度仅为2-5nm的核壳复合材料，显著地提高其光催化性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高效光催化性能的ZnO@ZIF-8核壳纳米复合材料的制备方法，是在H₂O-有机溶剂中，使氧化锌纳米棒与2-甲基咪唑分子在有机溶剂下发生反应，反应产物反复经醇洗和水洗后，通过冷冻干燥处理，得到具有核壳结构的ZnO@ZIF-8纳米复合材料；

具体包括如下步骤：

1)、称取ZnO纳米棒0.1-0.5g备用；