一種氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種η型半導(dǎo)體材料，具有大的激子束縛能(室溫下為60meV)、價(jià)格低廉、安全無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，而在生物傳感器、太陽(yáng)能電池、光催化等方面被廣泛用。但是由于氧化鋅禁帶寬度為3.37eV，只有波長(zhǎng)小于368nm的光照射在納米ZnO表面時(shí)，才能發(fā)揮光催化性能。大量的研宄表明，氧化鋅與石墨烯復(fù)合能在一定程度上提高氧化鋅的光催化性能。因?yàn)槭┦且环N由碳原子SP2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格狀的平面薄膜，其具有很好的光學(xué)、電學(xué)及機(jī)械性能、很高的電子迀移率和高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，因而成為了常用的載體材料和電子或者空穴傳遞的多功能材料。
[0003]迄今為止，研宄者們已成功制備了不同形貌的氧化鋅/石墨烯復(fù)合材料，如氧化鋅納米點(diǎn)、線狀氧化鋅、棒狀氧化鋅、花狀氧化鋅和球狀氧化鋅(分為實(shí)心球和中空球)等。與其他形貌相比，氧化鋅中空球具有比表面積大、密度低、表面滲透能力強(qiáng)等特性，在光催化、微反應(yīng)器和輕質(zhì)材料等方面有廣泛的應(yīng)用前景。但是大量的研宄顯示，氧化鋅中空球/石墨烯復(fù)合材料鮮有報(bào)道，這是由于這類(lèi)形貌難以調(diào)控所致。在已報(bào)道的氧化鋅中空球/石墨烯復(fù)合材料的合成方法中，有的使用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)體系，這就加大了反應(yīng)的危險(xiǎn)性和污染環(huán)境的可能性。另外就是借助模板劑并分步來(lái)制備氧化鋅中空球/石墨烯復(fù)合材料，這就使得制備過(guò)程耗時(shí)且復(fù)雜。而且，所制備出的氧化鋅中空球是亞微米級(jí)(0.5 μπι?I μπι)或者是深亞微米級(jí)(10nm?0.5 μπι)的，因其尺寸大、比表面積小的特性而限制了其光催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有不能使用一步水熱法使氧化鋅納米中空球原位生長(zhǎng)在石墨稀片層上及無(wú)法制備納米級(jí)的氧化鋅納米中空球/石墨稀復(fù)合材料的問(wèn)題，而提供一種氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
[0005]一種氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，是按以下步驟完成的:
[0006]一、將有機(jī)鋅鹽加入到去離子水中，再在攪拌速度為300r/min?500r/min下攪拌5min?lOmin，得到有機(jī)鹽溶液；將氧化石墨烯溶液和有機(jī)鹽溶液混合，在攪拌速度為300r/min?500r/min下攪拌0.5h?lh，再加入堿源溶液，再在攪拌速度為300r/min?500r/min下攪拌反應(yīng)0.5h?2h，得到反應(yīng)液；
[0007]步驟一中所述的有機(jī)鋅鹽溶液的濃度為0.02mol/L?0.07mol/L ；
[0008]步驟一中所述的氧化石墨稀溶液的濃度為0.lmg/mL?5mg/mL ；
[0009]步驟一中所述的氧化石墨烯溶液與有機(jī)鋅鹽溶液的體積比為(3?20): 80 ;
[0010]步驟一中所述的堿源溶液的濃度為0.0lmol/L?0.5mol/L ；
[0011]步驟一中所述的有機(jī)鋅鹽的質(zhì)量與堿源溶液的體積比為(0.8g?2.3g): 175mL ；
[0012]二、將反應(yīng)液加入到水熱反應(yīng)釜中，在溫度為120°C?200°C的條件下攪拌反應(yīng)6h?24h，再將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，得到反應(yīng)物；
[0013]三、分別使用去離子水和無(wú)水乙醇對(duì)反應(yīng)物洗滌3次，得到清洗后的反應(yīng)物；將清洗后的反應(yīng)物在溫度為40°C?80°C下干燥12h?24h，得到氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料。
[0014]本發(fā)明的原理:
[0015]本發(fā)明中有機(jī)鹽、氧化石墨烯和堿源在水溶液中分散均勻，由于靜電作用，帶正電的金屬離子和氧化石墨烯表面帶負(fù)電的官能團(tuán)相互作用，致使金屬離子吸附在氧化石墨烯表面；在水熱反應(yīng)中，隨著反應(yīng)溫度的升高，堿源分解，金屬離子逐漸生成氧化鋅納米顆粒并均勻的分散在氧化石墨烯表面；而后隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化石墨烯被還原成石墨烯，且由于奧斯特瓦爾德熟化的作用，石墨烯表面的氧化鋅納米顆粒逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸\納米中空球，從而形成了氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0017]一、本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單、有效的方法來(lái)制備氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料，解決了現(xiàn)有不能使用一步水熱法使氧化鋅納米中空球原位生長(zhǎng)在石墨烯片層上及無(wú)法制備納米級(jí)的氧化鋅中空球/石墨烯復(fù)合材料的問(wèn)題；
[0018]二、本發(fā)明采用一步水熱法制備氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料，氧化鋅納米中空球均勻密集的原位生長(zhǎng)在石墨烯表面，其中氧化鋅納米中空球的平均粒徑僅為25nm ；
[0019]三、本發(fā)明采用水為反應(yīng)體系，所需試劑價(jià)格低廉，且安全無(wú)毒，無(wú)污染環(huán)境的隱患，且制備方法的反應(yīng)條件溫和，所用反應(yīng)設(shè)備簡(jiǎn)單，有利于大規(guī)模生產(chǎn)；
[0020]四、本發(fā)明采用簡(jiǎn)單、安全的一步水熱法，不但有效制備了小尺寸的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料，而且氧化鋅納米中空球能均勻密集的分散在石墨烯片層上；本發(fā)明所制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的可見(jiàn)光活性?xún)?yōu)于商業(yè)ZnO，對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率高達(dá)80%，比商業(yè)氧化鋅對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率高了 32% ;本發(fā)明的制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料在可見(jiàn)光催化降解亞甲基藍(lán)方面有著顯著的效果，在處理染料廢水等水處理領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的低倍透射電鏡圖；
[0022]圖2為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的高倍透射電鏡圖；
[0023]圖3為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料中氧化鋅納米中空球的粒徑分布圖；
[0024]圖4為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的X射線衍射圖；
[0025]圖5為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的X射線光電子能譜圖，圖5中I為Zn的3d軌道吸收峰，2為Zn的3p軌道吸收峰，3為Zn的3s軌道吸收峰，4為C的Is軌道吸收峰，5為O的Is軌道吸收峰，6為Zn的2p3/2軌道吸收峰，7為Zn的2p 1/2軌道吸收峰；
[0026]圖6為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料和氧化石墨烯的X射線光電子能譜圖中Cls吸收峰的分峰擬合圖，圖6中1、2和3為氧化石墨烯的Cls吸收峰的分峰擬合圖，4、5和6為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的Cls吸收峰的分峰擬合圖；
[0027]圖7為不同條件下降解亞甲基藍(lán)的曲線圖；圖7中I為在可見(jiàn)光輻照下降解亞甲基藍(lán)的曲線圖，2為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料在沒(méi)有光輻照時(shí)吸附亞甲基藍(lán)的曲線圖，3為商業(yè)氧化鋅在可見(jiàn)光輻照下降解亞甲基藍(lán)的曲線圖，4為試驗(yàn)一制備的氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料在可見(jiàn)光輻照下光催化降解亞甲基藍(lán)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是一種氧化鋅納米中空球/石墨烯復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟完成的:
[0029]—、將有機(jī)鋅鹽加入到去離子水中，再在攪拌速度為300r/min?500r/min下攪拌5min?lOmin，得到有機(jī)鹽溶液；將氧化石墨烯溶液和有機(jī)鹽溶液混合，在攪拌速度為300r/min?500r/min下攪拌0.5h?lh，再加入堿源溶液，再在攪拌速度為300r/min?500r/min下攪拌反應(yīng)0.5h?2h，得到反應(yīng)液；
[0030]步驟一中所述的有機(jī)鋅鹽溶液的濃度為0.02mol/L?0.07mol/L ；
[0031]步驟一中所述的氧化石墨稀溶液的濃度為0.lmg/mL?5mg/mL ；
[0032]步驟一中所述的氧化石墨烯溶液與有機(jī)鋅鹽溶液的體積比為(3?20): 80 ;
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