[发明专利]一种硫化物量子点改性的石墨烯/氧化锌纳米微球光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硫化物量子点改性的石墨烯/氧化锌纳米微球光催化材料的制备方法，包括以下步骤：将5～10g石墨烯/氧化锌纳米微球分散在50～100mL无水乙醇中，并在搅拌下加入20～45mL硫化物量子点溶液；将溶液蒸干，研磨后获得硫化物量子点改性的石墨烯/氧化锌纳米微球光催化材料。该方法不仅有利于拓宽石墨烯/氧化锌纳米催化材料的光谱响应范围，提高光量子产率和催化活性，而且将促进石墨烯/氧化锌纳米催化材料在污水处理中回收，解决石墨烯/氧化锌纳米催化材料在实际应用中光谱响应范围窄、光催化效率低和难回收等问题。

技术领域

本发明涉及一种硫化物量子点改性的石墨烯/氧化锌纳米微球光催化材料的制备方法，属于光催化材料领域。

背景技术

石墨烯是一种理想的催化剂载体，其特殊的二维结构能提高氧化锌纳米材料的比表面积，降低其光生载流子的复合，提高光催化效率，在光催化、污水处理、空气净化和太阳能电池等领域得到广泛应用。在复合体中，石墨烯主要作用是分散氧化锌纳米结构和传输光生电子，本身不具有光催化活性，且获得的石墨烯/氧化锌纳米结构在水处理中难回收。因此，获得催化活性高、易回收的石墨烯/氧化锌纳米微球结构对推动光催化材料在污水处理中的应用至关重要。

制备石墨烯/氧化锌纳米微球结构有利于在污水处理中易回收，节约制备成本和防止二次污染，具有很好的工业应用前景。然而，氧化锌大的禁带宽度，仅能使用太阳光中的可见光部分，激发形成光生电子产生催化活性，太阳光利用效率较低；石墨烯在复合体系中仅作为催化剂载体，对提高光量子产率和拓宽光谱响应范围贡献较小，因而进一步提高石墨烯/氧化锌纳米微球结构光催化活性是非常有必要的。

硫化物纳米结构具有特殊的电子结构和优异的性能，其禁带宽度窄，自身能吸收可见光形成光生载流子，且其能级与氧化锌半导体形成能级阶梯，能进一步促进光生电子和空穴的分离，显著提高石墨烯/氧化锌纳米结构的光催化效率。特别是硫化物量子点粒径小，具有量子尺寸效应、光敏化作用和光上转换效应，易捕获和转移光生电子，促进光生载流子的分离。因此，硫化物量子点改性不仅可拓宽石墨烯/氧化锌纳米微球的光谱响应范围，而且还能提高其光量子产率和光转换效率，大大地提高其光催化效率，从而促进其在光催化剂、太阳能电池、环境保护和污水处理等领域中的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是，石墨烯/氧化锌纳米微球催化材料普遍存在着光谱响应范围窄、光量子产率低和光催化效率低等问题，本发明的目的是提供一种易回收、且在自然光下具有高催化活性的花状石墨烯/氧化锌纳米微球可见光催化材料的制备方法。

本发明的技术方案是，提供一种硫化物量子点改性的石墨烯/氧化锌纳米微球光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将5~15 mL浓度为0.8~1.2 g/L的石墨烯溶液加入到10~20 mL去离子水中超声分散，得均匀分散的石墨烯水溶液；

（2）将8~10 g锌盐加入到20~30 mL的去离子水中，溶解得到含锌水溶液，将含锌水溶液加入到上述石墨烯水溶液中，超声分散15~30 min后加入0.5~1 g 阳离子表面活性剂，再超声并搅拌15~30 min得到均匀分散的石墨烯/锌盐溶液；

（3）在超声搅拌下，向石墨烯/锌盐溶液中加入20~30 mL浓度为1.0~2.0 mol/L的碱性溶液，超声搅拌15~30 min后将获得的浑浊溶液转移到反应釜中，并在温度为80~90 ℃的条件下进行水热反应12~24 h；将得到的反应产物水洗后离心分离，然后分别用无水乙醇和去离子水清洗并离心分离，得到沉淀物；将沉淀物干燥，获得石墨烯/氧化锌纳米微球；

（4）将5~10 g石墨烯/氧化锌纳米微球分散在50~100 mL无水乙醇中，并在搅拌下加入20~45 mL硫化物量子点溶液；将溶液蒸干，研磨后获得硫化物量子点改性的石墨烯/氧化锌纳米微球光催化材料。