[发明专利]纳米球表面氧化锌和氧化银杂化体的制备方法

说明书

本发明涉及胶体、半导体、光催化和光伏产业等领域，特别涉及一种纳米球表面氧化锌和氧化银杂化体的制备方法。通过以Pickering反相细乳液聚合方法合成的ZnO纳米球为固体乳化剂，聚N‑异丙基丙烯酰胺和聚丙烯酸钠和改性剂中的双键形成微交联共聚物球体内胆层，ZnO附着在内胆层外形成外层，制得共聚物纳米小球胶体，作为吸附表层，通过吸附并进一步沉淀在表层形成Ag₂O/ZnO杂化材料。此方法制备的纳米尺度杂化体在半导体、光催化降解和光伏产业等领域有着潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及胶体、半导体、光催化和光伏产业等领域，特别涉及采用以氧化锌(ZnO)为固体乳化剂的Pickering纳米球表面吸附和沉淀制备氧化银(Ag₂O)杂化体的方法。

背景技术

催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力，从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。通常情况下，光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为二氧化碳和水。因此光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，对室内空气质量的改善已得到国际学术界的认可。

ZnO具有能量密度高、导电率高和电化学活性高、环境友好、成本低等特点，是一种较宽禁带(3.3eV)的半导体材料。在室温下可产生激射现象，是纳米光学材料研究领域中的一大热点。迄今为止，已有多种制备ZnO纳米材料的技术问世，并成功实现数种不同形貌ZnO材料的可控制备，包括纳米线、纳米管、纳米花、纳米棒和纳米球等。但是，单纯ZnO晶体存在点缺陷，对其催化和发光性能产生不利影响。

Ag₂O是带隙能为1.46eV，在可见光驱内有较强的光吸收，但其在光照后容易产生单质银产生所谓的光腐蚀现象。因此一般采用和其他材料形成多金属氧化物杂化的方法形成高效光催化剂。通常的制备方法如溶胶-凝胶法，三步湿化学法等等，以上方法合成的Ag₂O等多金属氧化物杂化体尺度通常为微米级，在杂化体组成常常存在缺陷，产生的光催化效果也因此发生明显的变化。

发明内容

本发明目的是以Pickering反相细乳液聚合方法合成的以ZnO纳米球为固体乳化剂、聚N-异丙基丙烯酰胺和聚丙烯酸钠共聚物(PNIPAM-PNNa)为Pickering球体表面材料为基础，通过吸附和沉淀在共聚物表层初步形成Ag₂O/ZnO杂化体，并通过水热处理进一步形成稳定的Ag₂O/ZnO杂化体材料。

共聚物纳米球表面氧化锌和氧化银杂化体的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)纳米氧化锌胶体的合成、改性：

室温下，将一定量的锌盐溶液按照固定速率滴加到定量的含有锂盐的溶液中，然后在高速剪切机下粉碎一定时间，控制混合液温度；滴加改性剂，升温，二次粉碎一定时间冷却后即可得到改性纳米氧化锌胶体。

其中，锌盐溶液为2％质量浓度的醋酸锌的无水乙醇溶液；锂盐溶液为0.6％质量浓度的氢氧化锂的无水乙醇溶液。锌盐溶液和锂盐溶液的质量比例为1:1。加入的改性剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，其与锌盐溶液的质量比为1:100。高速剪切机转速为2万转/分，初次粉碎固定时间为5分钟，混合液温度控制在0℃；二次粉碎时间2分钟，温度60℃。滴加速率为1％质量份数的锌盐溶液/分钟。

(2)Pickering纳米球的制备：

室温下，将定量混合单体加入水溶液中，混合定量的油性溶剂后再迅速转入预先设定温度的超声波生物粉碎机中粉碎一定时间，然后以一定的速度滴加步骤(1)制备的改性纳米氧化锌胶体，继续粉碎一段时间形成ZnO纳米球作为固体乳化剂，再加入引发剂，升温部分单体和改性剂中的双键形成微交联共聚物球体内胆层，ZnO附着在内胆层外形成外层，制得共聚物纳米小球胶体。