一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展迅猛，計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備日新月異，新型光電材料作為其載體，受到科研工作者空前關(guān)注，納米ZnO室溫下帶隙寬度3.37eV，激子束縛能60meV，在短波長(zhǎng)發(fā)光器件，壓電傳感器，透明導(dǎo)電極，陽能電池等領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。納米ZnO形貌豐富，如量子點(diǎn)，納米線，納米棒，納米管，納米環(huán)以及量子阱等，隨著結(jié)構(gòu)的不同，納米ZnO表現(xiàn)出許多優(yōu)異的光電性能。在超聲環(huán)境下由于其強(qiáng)大的拉應(yīng)力作用會(huì)使溶液中形成空化氣泡，空化氣泡在破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的局部高溫高壓和強(qiáng)烈的微射流，可促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行來制備納米材料。在超聲波下可以加速結(jié)晶成核，增加溶液中結(jié)晶核的數(shù)量能夠有力的控制顆粒的粒徑。常見光催化材料都需要在特定光源下才表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化效果，但石墨烯氧化鋅復(fù)合材料只需在太陽光下就能表現(xiàn)出良好的光催化效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]
本發(fā)明的目的是通過液相超聲輔助法合成并且經(jīng)過改變石墨烯摻雜量來制備石墨烯摻雜氧化鋅，工藝簡(jiǎn)單，原料易于得到，成本低廉，污染較少。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
(1)將Zn(NO3) 2.6H20，氧化石墨烯G0，溶于蒸餾水中，攪拌均勻得混合液A，Zn2+吸附于氧化石墨烯上，水浴超聲混合均勻；
(2)待混合液A達(dá)到水浴溫度并恒溫后，向混合液A中逐漸加入(NH2)2CO,反應(yīng)后得溶液B ；
(3)向溶液B中加入水合肼進(jìn)行回流反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，離心，洗滌，干燥，惰性氣氛下煅燒，得石墨烯摻雜氧化鋅。
[0005]步驟(I)中，所述混合液A中，Zn (NO3) 2.6H20的濃度為0.12mol/L，氧化石墨稀的濃度為0.12-0.48mg/L ;攪拌時(shí)間為30min ;所述水浴超聲溫度為65_95°C。
[0006]步驟(2 )中，所述(NH2) 2C0的物質(zhì)的量為Zn (NO3) 2.6Η20物質(zhì)的量的1~4倍，反應(yīng)時(shí)間為Ih。
[0007]步驟(3)中，所述水合肼的體積與步驟(I)中蒸餾水的體積比為1:250，所述回流反應(yīng)的時(shí)間為2h。
[0008]步驟(3)中，所述洗滌為蒸餾水和無水乙醇分別洗滌4-5次；所述干燥溫度為50-60。。。
[0009]步驟(3)中，所述惰性氣體為氮?dú)猓鲮褵郎囟葹?00-500°C，煅燒時(shí)間為2h。
[0010]本實(shí)驗(yàn)所用的試劑皆為分析純，均為市售。
[0011]有益效果本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料易于得到，設(shè)備簡(jiǎn)單，條件易于控制且成本低廉，制得樣品在太陽光照射下降解亞甲基藍(lán)10分鐘即有70-80%的降解率，且能較快的達(dá)到接近100%的降解率。
【附圖說明】
[0012]圖1是實(shí)施例3樣品的XRD圖譜；a為純ZnO，b為沒有經(jīng)過超聲輔助制得的石墨烯摻雜氧化鋅樣品，c為超聲輔助制得的石墨烯摻雜氧化鋅樣品；
圖2是實(shí)施例3樣品的電鏡圖；
圖3是實(shí)施例1-例4的光催化降解率圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1
在室溫下將0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸餾水中，然后將1mLGO溶解其中，加入二次蒸餾水使得溶液總量為250mL，繼續(xù)攪拌30min，將溶液轉(zhuǎn)移到500mL三井燒瓶中并置于在65°C水浴中；再將0.03mol (NH2)2CO逐漸加入到上述溶液中，反應(yīng)Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，離心收集產(chǎn)物，使用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌5次后，放入60°C烘箱干燥。將樣品在400°C條件下煅燒2h。
[0015]實(shí)施例2
在室溫下將0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸餾水中，然后將20mLG0溶解其中，加入二次蒸餾水使得溶液總量為250mL，繼續(xù)攪拌30min，將溶液轉(zhuǎn)移到500mL三井燒瓶中并置于在75°C水浴中；再將0.06mol (NH2)2CO逐漸加入到上述溶液中，反應(yīng)Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，離心收集產(chǎn)物，使用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌5次后，放入60°C烘箱干燥。將樣品在500°C條件下煅燒2h。
[0016]實(shí)施例3
在室溫下將0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸餾水中，然后將30mLG0溶解其中，加入二次蒸餾水使得溶液總量為250mL，繼續(xù)攪拌30min，將溶液轉(zhuǎn)移到500mL三井燒瓶中并置于在95°C水浴中；再將0.09mol (NH2)2CO逐漸加入到上述溶液中，反應(yīng)Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，離心收集產(chǎn)物，使用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌5次后，放入60°C烘箱干燥。將樣品在400°C條件下煅燒2h。
[0017]實(shí)施例4
在室溫下將0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸餾水中，然后將40mLG0溶解其中，加入二次蒸餾水使得溶液總量為250mL，繼續(xù)攪拌30min，將溶液轉(zhuǎn)移到500mL三井燒瓶中并置于在85°C水浴中；再將0.12mol (NH2)2CO逐漸加入到上述溶液中，反應(yīng)Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，離心收集產(chǎn)物，使用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌5次后，放入60°C烘箱干燥。將樣品在500°C條件下煅燒2h。
[0018]圖1中，a為純ZnO，b為沒有經(jīng)過超聲輔助制得的石墨烯摻雜氧化鋅樣品，c為超聲輔助制得的石墨烯摻雜氧化鋅樣品；通過與標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，所有樣品均為六方晶系纖鋅礦ZnO(JCPDS card N0.36-1451)。左上角為10-30放大圖，可以看出在20到30之間，明顯有石墨烯的衍射峰，可以說明成功的制得的石墨烯摻雜氧化鋅樣品。
[0019]圖2為實(shí)例3 SEM圖，可以看出樣品形貌為小的顆粒狀，粒徑多為35_50nm之間，小的粒徑有利于光催化效率的提高。
[0020]從圖3可以看出，純ZnO對(duì)亞甲基藍(lán)降解率低，1min時(shí)降解率只達(dá)到43% ;本發(fā)明所制樣品在1min時(shí)降解率可達(dá)到70-80%，且能較快的達(dá)到接近100%的降解率。
[0021]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將Zn(NO3) 2.6H20，氧化石墨烯G0，溶于蒸餾水中，攪拌均勻得混合液A，Zn2+吸附于氧化石墨烯上，水浴超聲混合均勻； (2)待混合液A達(dá)到水浴溫度并恒溫后，向混合液A中滴加(NH2)2C0，反應(yīng)后得溶液B ; (3)向溶液B中加入水合肼進(jìn)行回流反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，離心，洗滌，干燥，惰性氣氛下煅燒，得石墨烯摻雜氧化鋅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述混合液A中，Zn(NO3)2.6H20的濃度為0.12mol/L，氧化石墨稀的濃度為0.12-0.48mg/L ;攪拌時(shí)間為30min ;所述水浴超聲溫度為65_95°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，步驟(2 )中，所述(NH2) 2C0的物質(zhì)的量為Zn (NO3) 2.6H20物質(zhì)的量的1~4倍，反應(yīng)時(shí)間為Ih。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述水合肼的體積與步驟(I)中蒸餾水的體積比為1:250，所述回流反應(yīng)的時(shí)間為2h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述洗滌為蒸餾水和無水乙醇分別洗滌4-5次。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述干燥溫度為50-60°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜納米氧化鋅的方法，其特征在于，步驟(3 )中，所述惰性氣體為氮?dú)?，所述煅燒溫度?00-500 0C，煅燒時(shí)間為2h。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，公開一種液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜氧化鋅的方法。本發(fā)明技術(shù)方案為：以硝酸鋅，氧化石墨烯和尿素為原料，調(diào)節(jié)氧化石墨烯的用量10~40mL，利用液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜氧化鋅。在超聲條件下由于其強(qiáng)大的拉應(yīng)力作用會(huì)使溶液中形成空化氣泡，空化氣泡在破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的局部高溫高壓和強(qiáng)烈的微射流，可促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行來制備納米材料。本發(fā)明采用液相超聲輔助法制備石墨烯摻雜氧化鋅，工藝簡(jiǎn)單，原料易于得到，成本低廉，污染較少，且制得樣品在太陽光照射下具有良好的光催化效果。
【IPC分類】B82Y40/00, B01J23/06
【公開號(hào)】CN104998632
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510414092
【發(fā)明人】張懷良, 周宏遠(yuǎn), 程前, 高偲佳, 郝臣, 王曉紅, 馮峰, 楊瀅路
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月15日