一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料，其由氧化锌及附着在氧化锌表面的聚苯胺层组成，在氧化锌与聚苯胺层之间不存在表面活性剂或硅烷偶联剂。上述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备方法为：首先以具有稳定纳米粒子功能的苯胺单体替代传统的表面活性剂，制备纳米氧化锌，然后在纳米氧化锌表面附着一层聚苯胺层而获得。由于在纳米氧化锌与聚苯胺之间不存在绝缘的表面活性层、硅烷偶联剂层，光催化过程中产生的光生电荷可迅速通过导电聚苯胺传递，降低了光生电子与光生电荷复合的几率，提高了材料的光催化活性。
【专利说明】一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材 料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料领域，具体涉及一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复 合光催化材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 半导体光催化技术具有处理效率高，不存在二次污染等特点，对难降解有机污染 物具有明显的优势，被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术。
[0003] 纳米ZnO是一种重要的II-VI族半导体氧化物，具有与1102近似的禁带宽度 (3. 37eV)，在降解某些有机物方面具有比1102更高的催化活性。然而，纳米ZnO光催化材 料在实际应用过程中存在：量子效率低、光谱吸收范围窄、易光腐蚀等问题。采用导电聚合 物杂化ZnO,不仅可促进光生电荷的快速分离，有效抑制ZnO的光腐蚀，而且可拓展ZnO的光 响应范围。
[0004] 为获得纳米尺寸的ZnO粒子，在其制备过程中，通常会添加三辛基氧化膦（TOPO)、 叔丁基膦酸（TBPA)、十四烷基膦酸（TDPA)、油酸（OA)、十六胺（I-HDA)等具有强配位基团的 表面活性剂来控制ZnO的尺寸大小。此外，为提高纳米ZnO与导电聚合物的相容性，常采用 硅烷偶联剂之类的有机物对纳米粒子进行表面修饰。这使得传统方法制得的导电聚合物/ ZnO复合材料有机相与无机相间存在绝缘的表面活性层、硅烷偶联剂层，它们阻碍了光生电 荷在纳米ZnO与导电聚合物间的传递，从而导致复合材料光催化活性的降低。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于：现有技术中，导电聚合物/ZnO复合材料有机相 与无机相间存在绝缘的表面活性层、硅烷偶联剂层，阻碍了光生电荷的传递，导致光催化活 性的降低。
[0006] 为解决这一技术问题，本发明提供一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复 合光催化材料，该复合材料由氧化锌及附着在氧化锌表面的聚苯胺层组成，在氧化锌与聚 苯胺层之间不存在表面活性剂或硅烷偶联剂，纳米ZnO在聚苯胺中分散均匀，且两者紧密 接触，光催化过程中产生的光生电荷可通过导电聚合物迅速传输，复合材料的光催化活性 尚。
[0007] 本发明还提供了一种上述氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备方法，在纳米 ZnO的制备过程中，以具有稳定纳米粒子功能的苯胺功能单体替代传统的表面活性剂，然后 在纳米氧化锌表面附着一层聚苯胺层制备氧化锌-聚苯胺复合材料，
[0008] 具体的制备步骤为：
[0009] (I)ZnO的制备，搅拌条件下，在50mL三口烧瓶中加入25mL溶剂，然后加入5- IOmmol二水醋酸锌和0.5 -I. 5mL去离子水，搅拌待二水醋酸锌完全溶解后，再向所述的三 口烧瓶中加入0.5 - 0.8_〇1苯胺功能单体，搅拌待其完全溶解后，升温至180- 200°C，保 温30-60min，保温结束后，自然冷却至室温（25°C)，离心分离，粗产品分别用无水乙醇、去 离子水各洗涤3次，40- 50°C真空干燥得到ZnO,备用，
[0010] 其中，溶剂为一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、甘油、十六胺或十二烷二醇；
[0011] 苯胺功能单体为以下A、B、C、D四种化合物中的一种，
[0012]
【权利要求】
1. 一种具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料，其特征在于：所述的 复合光催化材料由氧化锌及附着在氧化锌表面的聚苯胺层组成。
2. 如权利要求1所述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备 方法，其特征在于：所述的制备方法为， (1) ZnO的制备，搅拌条件下，在50mL三口烧瓶中加入25mL溶剂，然后加入5 - IOmmol 二水醋酸锌和0. 5 - I. 5mL去离子水，搅拌待二水醋酸锌完全溶解后，再向所述的三口烧瓶 中加入0. 5 - 0. 8mmol苯胺功能单体，搅拌待其完全溶解后，升温至180- 200°C，保温30- 60min，保温结束后，自然冷却至室温，离心分离，粗产品分别用无水乙醇、去离子水各洗涤3 次，40- 50°C真空干燥得到ZnO,备用； (2) 氧化锌-聚苯胺复合光催化剂的制备，将I. Og步骤（1)中得到的ZnO均匀分散在 80mL的lmol/L HCl水溶液中，得到ZnO悬浮液，在搅拌条件下，将苯胺单体滴加到所述的 ZnO悬浮液中，并于0-5°C下搅拌0. 5-1. 0h，然后将IOmL过硫酸铵溶液在0. 5-Ih内滴 加到上述ZnO和苯胺单体的混合液中，搅拌条件下继续反应3 - 5h，收集固体沉淀，分别用 去离子水、无水乙醇各洗涤3次后，40-50°C真空干燥，即得氧化锌-聚苯胺复合光催化剂。
3. 如权利要求2所述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备 方法，其特征在于：步骤（1)中所述的苯胺功能单体为以下A、B、C、D四种化合物中的一种，
4. 如权利要求2所述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备 方法，其特征在于：步骤（1)中所述的溶剂为一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、甘油、十六胺或 十二烷二醇。
5. 如权利要求2所述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备 方法，其特征在于：步骤（2)中所述的滴加的苯胺单体与ZnO的质量比为1:60-1:100。
6. 如权利要求2所述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制 备方法，其特征在于：步骤（2)中所述的过硫酸铵溶液是指，过硫酸铵溶解于lmol/L的HCl 水溶液中而形成的过硫酸铵溶液。
7. 如权利要求2所述的具有高效光催化活性的氧化锌-聚苯胺复合光催化材料的制备 方法，其特征在于：步骤（2)中所述的过硫酸铵的用量与苯胺单体的摩尔比为1一 1. 2 :1。
【文档编号】B82Y40/00GK104492490SQ201410713612
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】彭勇刚, 纪俊玲, 汪媛, 陶永新, 周永生, 万怀新 申请人:常州大学