本發(fā)明納米粒子復合材料領域，具體涉及一種在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒的方法。

背景技術：

近年來，由于在光電子領域的應用前景，寬禁帶半導體材料已經(jīng)成為一個研究的熱點。氧化鋅（ZnO）作為一種n型半導體氧化物，因其較高的催化活性、穩(wěn)定性、無毒無害、結構形貌可設計性強和成本低廉等諸多優(yōu)點被廣泛用于光催化體系。但ZnO具有較高的電子和空穴對的復合速率以及較大的禁帶寬度（3.37 eV），使得其光轉化量子效率偏低，且只能吸收紫外光（僅占太陽光的4-5%）。如何提高ZnO在可見光區(qū)域的吸收，有效抑制電子和空穴的復合，從而提高光催化活性和光電轉化效率成為該領域研究的熱點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒的方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒的方法，它包括以下步驟：

（a）向盛有金屬鹽前驅液的容器中加入三維氧化鋅粉末，超聲反應使得溶液變色；

（b）將步驟（a）得到的產(chǎn)物進行離心分離，隨后進行真空干燥即可。

上述三維氧化鋅的合成方法包括以下步驟：

（1）在基片表面形成氧化鋅晶種層；

（2）將可溶性鋅鹽與弱堿性類化合物溶于水中，再向其中加入添加劑配置成生長溶液；所述添加劑為選自1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、乙醇胺和聚乙烯亞胺中的一種或幾種組成的混合物；

（3）將步驟（2）中形成有氧化鋅晶種層的基片放入所述生長溶液中，超聲使所述氧化鋅晶種脫落，取出基片后使所述氧化鋅晶種在所述生長溶液中生長即可；

（4）將步驟（3）得到的產(chǎn)物離心分離，隨后進行真空干燥即可；

（5）將步驟（4）得到的產(chǎn)物置于300~500℃保溫后自然冷卻即可（具體參數(shù)可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)）。

優(yōu)化地，所述金屬鹽前驅液的溶質為氯金酸、硝酸銀、氯鉑酸、氯鈀酸或氯化銅，

進一步地，所述金屬鹽前驅液的溶劑為選自去離子水、乙醇、甲醇、異丙醇、正丁醇、甲醛和乙醛中的一種或多種組成的混合物。

進一步地，所述溶質與所述三維氧化鋅粉末的比例為1×10^-5~1×10^-4mol：1g。

優(yōu)化地，所述步驟（b）中，將步驟（a）得到的產(chǎn)物進行離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌純化，再置于50~80℃真空干燥。

由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒的方法，通過利用超聲輔助使得金屬鹽前驅液和三維氧化鋅粉末進行反應，不需要加入表面活性劑，具有簡單、高效、節(jié)能、無污染的優(yōu)點；產(chǎn)品形貌均一，可大規(guī)模合成，為大規(guī)模合成高效的金屬半導體復合材料提供了有效的途徑。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒的方法的流程圖；

附圖2為本發(fā)明在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒的方法中使用的氧化鋅SEM圖；

附圖3為本發(fā)明在三維氧化鋅表面負載金屬納米顆粒后的氧化鋅SEM圖；

附圖4為實施例1中負載金屬納米顆粒前后的氧化鋅產(chǎn)物的XRD對比圖；

附圖5為實施例1中負載金屬納米顆粒前后的氧化鋅產(chǎn)物的可見光吸收光譜對比圖；

附圖6為實施例1、實施例3至實施例5中氧化鋅在模擬太陽光下降解10mg/L亞甲基藍溶液的對比圖。

具體實施方式

下面將結合附圖實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

實施例1

本實施例提供一種在三維氧化鋅表面負載金納米顆粒的方法，如圖1所示，它包括以下步驟：

（a）于玻璃瓶中加入5 mL去離子水、5 mL無水乙醇、0.5 ml的0.010 mol/L氯金酸配制成金屬鹽前驅液，然后向其中加入0.1g三維蒲公英狀的納米氧化鋅粉末搖勻，蓋好瓶蓋；將玻璃瓶置于超聲機中超聲反應1h，溶液逐漸由淺黃色變?yōu)榘导t色；

（b）將步驟（a）得到的產(chǎn)物進行離心分離，得到下層暗紅色沉淀粉末，再分別用去離子水和無水乙醇溶解離心分離純化，最后沉淀在60℃真空干燥，即可得到干燥純化后的三維蒲公英狀氧化鋅/金復合納米顆粒（如圖3所示）；將得到的負載金屬納米顆粒的三維氧化鋅和未負載的三維氧化鋅分別進行XRD、可見光吸收測試，結果如圖4和圖5所示。

上述三維氧化鋅的制備方法，包括以下步驟：

（1）將玻璃基片（1cm×3cm）分別用無水乙醇和去離子水超聲清洗10 min，并用氮氣吹干；用勻膠機在玻璃基片上旋涂100μL的乙酸鋅乙醇溶液，轉速為1200 r/min，旋涂時間為50s，其中乙酸鋅乙醇溶液濃度為0.005mol/L；將旋涂好的基片在馬弗爐中350℃熱處理30 min，即可在基底上得到一層致密的氧化鋅晶種薄膜層，如圖2所示。

（2）于玻璃瓶中將六水合硝酸鋅和六亞甲基四胺以等摩爾濃度溶于水中混合，配制成生長溶液（六水合硝酸鋅的濃度和六甲基亞胺的濃度均為0.025mol/L），隨后加入添加劑（1,3-丙二胺的濃度為0.010 mol/L）；

（3）將有氧化鋅納米薄膜修飾的基底放置在配制好的生長溶液中，有氧化鋅晶種面傾斜向下，在室溫下超聲10 min以使玻璃基底上的種子脫落均勻分散在反應溶液中，然后將基片取出，將分散有種子的生長液在70℃下生長2h，即可得到含有三維蒲公英狀的氧化鋅納米粒；

（4）將步驟（3）中的蒲公英狀氧化鋅溶液以3000r/min的速度離心分離，得到下層氧化鋅沉淀粉末，再分別用去離子水和無水乙醇溶解離心分離清洗純化，最后氧化鋅沉淀60℃真空干燥，即可得到干燥純化后的三維蒲公英狀氧化鋅納米顆粒；

（5）將步驟（4）中分離純化得到的三維蒲公英狀氧化鋅納米顆粒，放置于坩堝中加蓋于馬弗爐中，以5℃/min的速度升溫到350℃，保溫2h，然后自然冷卻置室溫；最終產(chǎn)物的形貌如圖2所示。

實施例2

本實施例提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，它與實施例1中的方法步驟基本一致，不同的是：向玻璃瓶中加入0.010 mol/L的硝酸銀溶液，溶液逐漸乳白色變?yōu)樽睾谏?/p>

實施例3

本發(fā)明提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，其制備步驟與實施例1中的基本一致，不同的僅是：加入的1,3-丙二胺濃度為0.015 mol/L。

實施例4

本發(fā)明提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，其制備步驟與實施例1中的基本一致，不同的僅是：加入的1,3-丙二胺濃度為0.020 mol/L。

實施例5

本發(fā)明提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，其制備步驟與實施例1中的基本一致，不同的是：步驟（1）中，乙酸鋅乙醇溶液濃度為0.001mol/L，采用勻膠機在玻璃基片上旋涂乙酸鋅乙醇溶液，轉速為800r/min，旋涂時間為60s；步驟（2）中，于玻璃瓶中將六水合硝酸鋅（濃度均為0.01mol/L）和六亞甲基四胺（濃度均為0.05mol/L）溶于水中混合配制成生長溶液，其與實施例1、實施例3和實施例4中的產(chǎn)品分別在模擬太陽光下降解10mg/L亞甲基藍溶液，測試數(shù)據(jù)如圖6所示（C/C₀為降解后亞甲基藍溶液濃度與初始亞甲基藍溶液的比值）

實施例6

本發(fā)明提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，其制備步驟與實施例1中的基本一致，不同的是：步驟（1）中，乙酸鋅乙醇溶液濃度為0.01mol/L，采用勻膠機在玻璃基片上旋涂乙酸鋅乙醇溶液，轉速為1500r/min，旋涂時間為30s；步驟（2）中，于玻璃瓶中將六水合硝酸鋅（濃度均為0.05mol/L）和六亞甲基四胺（濃度均為0.01mol/L）溶于水中混合配制成生長溶液。

實施例7

本發(fā)明提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，其制備步驟與實施例1中的基本一致，不同的是：步驟（5）中將分離純化得到的三維蒲公英狀氧化鋅納米顆粒，放置于坩堝中加蓋于馬弗爐中，以5℃/min的速度升溫到300℃，保溫5h。

實施例8

本發(fā)明提供一種在三維氧化鋅表面負載銀納米顆粒的方法，其制備步驟與實施例1中的基本一致，不同的是：步驟（5）中將分離純化得到的三維蒲公英狀氧化鋅納米顆粒，放置于坩堝中加蓋于馬弗爐中，以5℃/min的速度升溫到500℃，保溫0.5h。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。