[发明专利]不同微观形貌Ag/ZnO‑碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料的合成技术领域，具体涉及一种不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法。

背景技术

ZnO作为一种光催化剂因其具有价廉易得、环境友好和紫外光催化性能优良等优点而受到了人们的广泛关注，但是由于其仅能吸收太阳光中的紫外线及量子产率低等缺点影响了ZnO的工业化应用。为此，人们采用不同的手段来提高ZnO的可见光催化性能，其中联合贵金属Ag沉积以及与碳材料（石墨烯、碳纳米管）复合形成三元异质结是一种较为有效的手段。已有的文献报道了合成Ag/ZnO-石墨烯和Ag/ZnO-碳纳米管等三元异质结来提高ZnO的可见光催化性能。目前，该领域还存在以下几方面的问题：（1）虽然石墨烯、碳纳米管等碳材料具有优异的物理、化学性能，但是其合成过程相对复杂且易对环境造成污染，成本相对较高；（2）这些三元异质结的合成通常是先采用ZnO与碳材料复合，然后再通过光还原或还原剂还原的方式沉积Ag，过程较为繁琐；（3）报道的三元异质结具有特定形貌的较少，而材料的微观形貌对其光催化性能具有重要的影响。

作为碳材料的一种，由葡萄糖溶液水热条件下合成的碳球具有合成条件简单，成本低廉，环境友好，形貌易控制，物理、化学性能稳定及优良的电子传输性能等优点，可以与光催化剂复合提高光生电子空穴对的分离效率，从而达到提高其光催化性能的目的，虽然有文献报道碳球负载CuO、CdS等纳米颗粒来提高材料的光催化性能，但是尚未有碳球负载ZnO，特别是负载具有一定形貌ZnO形成壳核异质结结构复合材料的报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种具有良好光催化性能的不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂能够充分利用ZnO、Ag纳米颗粒及碳球之间的协同效应，即利用Ag纳米颗粒的等离子体效应增加ZnO对可见光的吸收以及利用碳球及Ag纳米颗粒的优良导线性能来提高光生电子空穴对的分离效率，从而提高其可见光催化性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于是通过ZnO包裹碳球形成壳核结构，Ag纳米颗粒沉积在ZnO表面形成的Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂，其具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.2-0.5mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应8-12h得到平均直径为0.2-1μm的碳球；（2）将5-50mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为1.25-3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005-0.05:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为11.5-13.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将2-11mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90-110℃反应4-12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得不同微观形貌Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。

本发明所述的片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将摩尔浓度为0.2mol/L的葡萄糖溶液置于水热反应釜中于180℃水热反应12h得到平均直径为0.2μm的碳球；（2）将5mg步骤（1）得到的碳球分散于硝酸锌与柠檬酸钠形成的混合溶液中，其中硝酸锌与柠檬酸钠的摩尔比为3:1，碳球与硝酸锌的质量比为0.005:3.71，然后在搅拌的条件下加入氢氧化钠溶液调节pH值为13.5形成悬浮液；（3）在搅拌的条件下将11mL摩尔浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液滴加到步骤（2）得到的悬浮液中，搅拌均匀后转入水热反应釜中于90℃反应12h，然后将水热反应后所得沉淀离心分离，洗涤，再于60℃真空干燥制得片花状Ag/ZnO-碳球三元壳核异质结光催化剂。