[发明专利]锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该材料包括还原氧化石墨烯和负载于还原氧化石墨烯上的锰掺杂硫化锌，锰掺杂硫化锌中锰与锌的摩尔比为0.2％～1％，按质量比计，还原氧化石墨烯为锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料的2％～10％。其制备方法包括：将可溶性锌盐、可溶性硫化物、可溶性锰盐与乙二醇配制成混合溶液；将所得混合溶液中与氧化石墨烯水溶液混合，进行溶剂热反应，得到锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料。所得的锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料结构稳定、成分均匀、在可见光区范围内光催化效率高、光催化性能好、光生‑电子空穴对复合率低，能用作性能良好的光催化剂。

技术领域

本发明涉及无机纳米复合材料的技术领域，尤其涉及一种锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们的物质生活水平得到了极大提高，但同时也面临着越来越严峻的环境污染问题。水环境污染、大气污染及农田土壤污染等时时刻刻影响着人们的身体健康。以水体污染为例，各种工业废水的大量排放，如纺织、印染废水等，有机物含量极高，里面存在大量难降解的有毒物质，常规的物理吸附法只能吸附去除其中的一部分污染物质，成本较高。普通的化学法和生物法也因处理效果差、反应过程条件要求较高等原因而无法大规模使用，因此，迫切需要寻找到一种经济实用且处理效果较好的方法。

纳米半导体光催化氧化技术因为能进行太阳能与化学能之间的相互转换，在太阳光下就能将水体或空气中的污染物质彻底降解成对环境无害的物质等优点吸引着越来越多研究人员的目光。硫化锌是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体光催化剂，在常温常压下性质稳定，价格低廉，适合大规模生产，同时也具有良好的光催化活性，是一种理想的有机废水处理材料，同时也因其独特的荧光物理特性，在太阳能电池、超薄显示器、感应探测器等领域也有着广泛应用。

但纳米半导体材料也普遍存在着阻碍其大规模应用的障碍，一是在可见光区的光响应能力较弱，大部分纳米半导体材料只能在紫外光区发生光催化反应，而紫外光只占太阳光的8.7％，可见光占太阳光的43％，无法充分利用太阳能资源。二是较高的光生-电子空穴对复合率，虽然半导体材料光照下能够产生光生载流子，但较高的复合率无法使得活性电子被转移至材料表面进行光催化反应，降低了光催化效率。

虽然目前有关于ZnS/rGO复合材料的研究，但是这种材料的光催化效力通常在紫外光源下进行评定的，无法证明其在可见光光源下也具有同样的光催化性能，即使在可见光源下进行催化作用，其对太阳光的利用率也较低；该材料即使在紫外光源下仍然无法将有机污染完全降解，光催化能力仍需提升。而且，现有的制备ZnS/rGO复合材料的制备过程复杂、耗时长、工艺流程复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构稳定、成分均匀、在可见光区范围内光催化效率高、光催化性能好、光生-电子空穴对复合率低的锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料，还提供一种步骤简单、工艺流程短、成本低的锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料，包括锰掺杂硫化锌和还原氧化石墨烯，所述锰掺杂硫化锌负载于所述还原氧化石墨烯上，所述锰掺杂硫化锌中锰与锌的摩尔比为0.2％～1％，按质量比计，所述还原氧化石墨烯为锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料的2％～10％。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了锰掺杂硫化锌/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将可溶性锌盐、可溶性硫化物、可溶性锰盐与乙二醇配制成混合溶液；

(2)向步骤(1)所得混合溶液中加入氧化石墨烯水溶液，然后进行搅拌得到分散均匀且混合充分的混合液；