一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，信息技术应用发展迅猛，计算机等电子设备日新月异，新型光电材料作为其载体，受到科研工作者空前关注，纳米ZnO室温下带隙宽度3.37eV，激子束缚能60meV，在短波长发光器件，压电传感器，透明导电极，阳能电池等领域广阔的应用前景。纳米ZnO形貌丰富，如量子点，纳米线，纳米棒，纳米管，纳米环以及量子阱等，随着结构的不同，纳米ZnO表现出许多优异的光电性能。在超声环境下由于其强大的拉应力作用会使溶液中形成空化气泡，空化气泡在破裂时会产生瞬间的局部高温高压和强烈的微射流，可促进化学反应的进行来制备纳米材料。在超声波下可以加速结晶成核，增加溶液中结晶核的数量能够有力的控制颗粒的粒径。常见光催化材料都需要在特定光源下才表现出优异的光催化效果，但石墨烯氧化锌复合材料只需在太阳光下就能表现出良好的光催化效果。
【发明内容】
[0003]
本发明的目的是通过液相超声辅助法合成并且经过改变石墨烯掺杂量来制备石墨烯掺杂氧化锌，工艺简单，原料易于得到，成本低廉，污染较少。
[0004]本发明的技术方案如下:
(1)将Zn(NO3) 2.6H20，氧化石墨烯G0，溶于蒸馏水中，搅拌均匀得混合液A，Zn2+吸附于氧化石墨烯上，水浴超声混合均匀；
(2)待混合液A达到水浴温度并恒温后，向混合液A中逐渐加入(NH2)2CO,反应后得溶液B ；
(3)向溶液B中加入水合肼进行回流反应，反应结束后，离心，洗涤，干燥，惰性气氛下煅烧，得石墨烯掺杂氧化锌。
[0005]步骤(I)中，所述混合液A中，Zn (NO3) 2.6H20的浓度为0.12mol/L，氧化石墨稀的浓度为0.12-0.48mg/L ;搅拌时间为30min ;所述水浴超声温度为65_95°C。
[0006]步骤(2 )中，所述(NH2) 2C0的物质的量为Zn (NO3) 2.6Η20物质的量的1~4倍，反应时间为Ih。
[0007]步骤(3)中，所述水合肼的体积与步骤(I)中蒸馏水的体积比为1:250，所述回流反应的时间为2h。
[0008]步骤(3)中，所述洗涤为蒸馏水和无水乙醇分别洗涤4-5次；所述干燥温度为50-60。。。
[0009]步骤(3)中，所述惰性气体为氮气，所述煅烧温度为400-500°C，煅烧时间为2h。
[0010]本实验所用的试剂皆为分析纯，均为市售。
[0011]有益效果本发明工艺简单，原料易于得到，设备简单，条件易于控制且成本低廉，制得样品在太阳光照射下降解亚甲基蓝10分钟即有70-80%的降解率，且能较快的达到接近100%的降解率。
【附图说明】
[0012]图1是实施例3样品的XRD图谱；a为纯ZnO，b为没有经过超声辅助制得的石墨烯掺杂氧化锌样品，c为超声辅助制得的石墨烯掺杂氧化锌样品；
图2是实施例3样品的电镜图；
图3是实施例1-例4的光催化降解率图谱。
【具体实施方式】
[0013]下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0014]实施例1
在室温下将0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸馏水中，然后将1mLGO溶解其中，加入二次蒸馏水使得溶液总量为250mL，继续搅拌30min，将溶液转移到500mL三井烧瓶中并置于在65°C水浴中；再将0.03mol (NH2)2CO逐渐加入到上述溶液中，反应Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，离心收集产物，使用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤5次后，放入60°C烘箱干燥。将样品在400°C条件下煅烧2h。
[0015]实施例2
在室温下将0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸馏水中，然后将20mLG0溶解其中，加入二次蒸馏水使得溶液总量为250mL，继续搅拌30min，将溶液转移到500mL三井烧瓶中并置于在75°C水浴中；再将0.06mol (NH2)2CO逐渐加入到上述溶液中，反应Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，离心收集产物，使用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤5次后，放入60°C烘箱干燥。将样品在500°C条件下煅烧2h。
[0016]实施例3
在室温下将0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸馏水中，然后将30mLG0溶解其中，加入二次蒸馏水使得溶液总量为250mL，继续搅拌30min，将溶液转移到500mL三井烧瓶中并置于在95°C水浴中；再将0.09mol (NH2)2CO逐渐加入到上述溶液中，反应Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，离心收集产物，使用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤5次后，放入60°C烘箱干燥。将样品在400°C条件下煅烧2h。
[0017]实施例4
在室温下将0.03mol Zn (NO3) 2.6H20溶解于二次蒸馏水中，然后将40mLG0溶解其中，加入二次蒸馏水使得溶液总量为250mL，继续搅拌30min，将溶液转移到500mL三井烧瓶中并置于在85°C水浴中；再将0.12mol (NH2)2CO逐渐加入到上述溶液中，反应Ih ;加入ImL水合肼，而后回流2h ;最后，离心收集产物，使用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤5次后，放入60°C烘箱干燥。将样品在500°C条件下煅烧2h。
[0018]图1中，a为纯ZnO，b为没有经过超声辅助制得的石墨烯掺杂氧化锌样品，c为超声辅助制得的石墨烯掺杂氧化锌样品；通过与标准卡对比，所有样品均为六方晶系纤锌矿ZnO(JCPDS card N0.36-1451)。左上角为10-30放大图，可以看出在20到30之间，明显有石墨烯的衍射峰，可以说明成功的制得的石墨烯掺杂氧化锌样品。
[0019]图2为实例3 SEM图，可以看出样品形貌为小的颗粒状，粒径多为35_50nm之间，小的粒径有利于光催化效率的提高。
[0020]从图3可以看出，纯ZnO对亚甲基蓝降解率低，1min时降解率只达到43% ;本发明所制样品在1min时降解率可达到70-80%，且能较快的达到接近100%的降解率。
[0021]所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将Zn(NO3) 2.6H20，氧化石墨烯G0，溶于蒸馏水中，搅拌均匀得混合液A，Zn2+吸附于氧化石墨烯上，水浴超声混合均匀； (2)待混合液A达到水浴温度并恒温后，向混合液A中滴加(NH2)2C0，反应后得溶液B ; (3)向溶液B中加入水合肼进行回流反应，反应结束后，离心，洗涤，干燥，惰性气氛下煅烧，得石墨烯掺杂氧化锌。2.根据权利要求1所述的一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述混合液A中，Zn(NO3)2.6H20的浓度为0.12mol/L，氧化石墨稀的浓度为0.12-0.48mg/L ;搅拌时间为30min ;所述水浴超声温度为65_95°C。3.根据权利要求1所述的一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，步骤(2 )中，所述(NH2) 2C0的物质的量为Zn (NO3) 2.6H20物质的量的1~4倍，反应时间为Ih。4.根据权利要求1所述的一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水合肼的体积与步骤(I)中蒸馏水的体积比为1:250，所述回流反应的时间为2h。5.根据权利要求1所述的一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述洗涤为蒸馏水和无水乙醇分别洗涤4-5次。6.根据权利要求1所述的一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥温度为50-60°C。7.根据权利要求1所述的一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂纳米氧化锌的方法，其特征在于，步骤(3 )中，所述惰性气体为氮气，所述煅烧温度为400-500 0C，煅烧时间为2h。
【专利摘要】本发明属于纳米材料领域，公开一种液相超声辅助法制备石墨烯掺杂氧化锌的方法。本发明技术方案为：以硝酸锌，氧化石墨烯和尿素为原料，调节氧化石墨烯的用量10~40mL，利用液相超声辅助法制备石墨烯掺杂氧化锌。在超声条件下由于其强大的拉应力作用会使溶液中形成空化气泡，空化气泡在破裂时会产生瞬间的局部高温高压和强烈的微射流，可促进化学反应的进行来制备纳米材料。本发明采用液相超声辅助法制备石墨烯掺杂氧化锌，工艺简单，原料易于得到，成本低廉，污染较少，且制得样品在太阳光照射下具有良好的光催化效果。
【IPC分类】B82Y40/00, B01J23/06
【公开号】CN104998632
【申请号】CN201510414092
【发明人】张怀良, 周宏远, 程前, 高偲佳, 郝臣, 王晓红, 冯峰, 杨滢路
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月15日