[发明专利]一维氧化锌/石墨化碳核壳结构异质结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维异质结及其制备方法，特别涉及一种一维氧化锌/石墨化碳核壳结构异质结及其制备方法，属于光催化领域。

背景技术

氧化锌具有优良的光催化、气敏、压敏和电磁等特性，是一种重要的半导体功能材料。一维氧化锌纳米材料由于具有较大长径比，表现出奇特的电学、光学、催化及电化学性能，在光催化降解污染物、染料敏化太阳能电池、气敏传感器、荧光器件等领域具有潜在的应用价值。但由于其为宽禁带半导体(3.2eV)，太阳能利用率很低，仅能利用太阳能中的紫外线部分(约3％)；其次，由于光生载流子(电子-空穴对)在半导体内部容易复合，导致其量子产率也很低；此外，由于氧化锌在紫外线辐照时，容易发生光蚀，从而导致光催化剂分解及催化活性降低，限制了氧化锌在光催化降解污染物及光解水制氢等方面的实际应用。

石墨化碳不仅具有巨大的比表面积，同时还具有优良的电子传输特性。通过将其与半导体(如TiO₂，ZnO等)复合，组成核壳结构复合光催化剂，不仅有利于光生载流子的分离，提高量子产率，同时还有利于抑制晶体生长，提高对污染物的吸附能力。此外，表面石墨化碳层还能起到“光敏剂”的作用，从而赋予复合光催化剂良好的可见光响应活性(CN101773821A，Zhu et al.Adv.Funct.Mater.2008，18：2180)。目前，制备碳包覆氧化锌的方法主要有：磁控溅射法(Liao et al.Nanotechnology.2005，16：985)、聚合物-氧化锌混合热解法(Nakagawa et al.Mater.Sci.2007，42：983)、水热-热解法(Zhu et al.J.Phys.Chem.C.2009，6：2368)及表面接枝聚合物-热解法(Cao et al.Langmuir，2009，25(8)：4578)。其中，磁控溅射法虽可在氧化锌表面实现均匀碳层包覆，但由于其制备过程需要昂贵设备，难以实现工业化；聚合物-氧化锌混合热解法及水热-热解法难以保证表面碳层的均匀性，而表面接枝聚合物-热解法虽可实现表面包覆碳层的均匀性，但其制备过程包含复杂的化学反应过程，难以实现大规模的工业化生产。因此，寻找一种低成本的，表面碳层厚度精确可控的一维氧化锌/石墨化碳核壳结构复合异质及其制备方法成为人们亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，催化效率高，光谱响应范围宽的一维氧化锌/石墨化碳复合异质结。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种一维氧化锌/石墨化碳复合异质的制备方法。

本发明的目的是通过如下方式实现的：一种一维氧化锌/石墨化碳核壳结构异质结，该异质结为核壳结构，其核为一维氧化锌纳米线，壳为石墨化碳层。

石墨化碳层厚度为1-10nm；

一种一维氧化锌/石墨化碳核壳结构异质结的制备方法，包括光化学反应和高温热解方法按以下步骤完成的：

(a)将一维氧化锌纳米线加入苯酚或苯酚和贵金属盐的水溶液中，通过光化学反应法制备表面聚苯酚包覆的一维氧化锌纳米线，然后分离、洗涤及干燥；

(b)在惰性气体保护下，将表面聚苯酚包覆的一维氧化锌纳米线高温热解，制得一维氧化锌/石墨化碳核壳结构异质结。

所述光化学反应是在太阳光辐照或人造光源辐照下进行。

所述贵金属盐是可溶于水的铂、金或银的氯化物或硝酸盐之一种或几种之混合物。

所述贵金属盐是氯铂酸、氯铂酸钾、氯金酸或硝酸银。

热解温度为400～1500℃，优选为600℃～900℃。

所述惰性气体是氮气、氩气。