本发明公开了一种紫外宽频纳米半导体异质结材料的制备方法，属于纳米半导体异质结材料制备技术领域。
背景技术：
异质结是由两种不同的半导体材料组成并具有不同于单一半导体性质的结构。纳米异质结材料更是兼具有异质结构与纳米材料的特性，使其具有更多的优点，比如纳米异质结构相对于异质结构对两种半导体的晶格匹配度要求不高，因此应用更为广泛。纳米异质结构广泛应用于太阳能电池，传感器，光催化制氢，环境保护等领域。半导体异质结构的光催化是基于不同半导体之间的光致电子和空穴在不同半导体之间的转移来实现的，在紫外可见光的条件下，光敏剂与宽带半导体同时被激发，光敏剂中的电子流入宽带半导体中，宽带半导体表面的电子浓度增大并可发生还原反应，宽带半导体所产生的空穴转移至光敏剂表面，由于光敏剂表面的空穴浓度增大，可在其表面发生氧化反应。在可见光条件下，由于宽带半导体的导带电位更正，因此，光致电子是由光敏剂转移至宽带半导体的导带，由于宽带半导体表面电子浓度增加而可发生还原反应，而由于光敏剂的价带比宽带半导体更负，空穴不能由光敏剂转移至宽带半导体，因此氧化反应只能在光敏剂上发生，从而将光致电子的还原与空穴的氧化反应分开来进行。
TiO2是最为常用的半导体光催化剂，但由于其量子产率比较低以及不能利用可见光等缺点而使其应用受到了很大限制。二氧化钛光催化宽度较窄，无法利用可见光作为光源，作为光敏材料使用时适用范围较窄，所以将TiO2与其他半导体组成异质结构，异质结的内建电场能够阻止光致电荷的复合，提高量子效率，很有必要。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对现有的TiO2半导体催化剂光催化宽度较窄，无法利用可见光作为光源，作为光敏材料使用时适用范围较小的问题，提供了一种通过将Zn（NO3）2与Al（NO3）3制备紫外插层水滑石，同时通过改性插层水滑石制备紫外宽频纳米半导体异质结材料，有效的使二氧化钛光催化宽度提高，解决了现有的TiO2半导体催化剂光催化宽度较窄，无法利用可见光作为光源，作为光敏材料使用时适用范围较小的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按质量比1:5，将对二甲氨基苯甲酸与1mol/L氢氧化钠溶液搅拌混合，在室温下静置3～5h，制备得对二甲氨基苯甲酸碱化液，随后按Zn2+：Al3+摩尔比2:1，将Zn（NO3）2与Al（NO3）3搅拌混合，制备得混合粉末，随后按质量比1:10，将混合粉末与1mol/L氢氧化钠搅拌混合，在室温下静置陈化3～5h，制备得纳米锌铝混合液；
（2）在氮气保护下，按体积比1:1，将上述制备的纳米锌铝混合液与对二甲氨基苯甲酸碱化液搅拌混合并置于三口烧瓶中，在65～70℃下水浴20～24h，随后过滤并收集滤渣，用85～90℃去离子水洗涤至淋洗液pH至7.0后，在65～70℃下干燥10～12h，制备得紫外改性插层水滑石材料，备用；
（3）按质量比1:10，将全氟辛酸铵与二氯甲烷搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理15～20min，随后在室温下静置陈化20～24h，制备得有机改性液，随后按质量比1:5，将有机改性液与二氧化钛颗粒搅拌混合，在45～50℃下水浴加热2～3h，待水浴加热完成后，再在65～70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒，用去离子水洗涤3～5次，在65～70℃下干燥6～8h，制备得改性二氧化钛颗粒；
（4）按质量比1:5，将步骤（2）制备的紫外改性插层水滑石材料与改性二氧化钛颗粒搅拌混合并置于球磨罐中，在450～500℃下球磨3～5h，待球磨完成后，即可制备得一种紫外宽频纳米半导体异质结材料。
本发明的应用方法是：选取0.008～0.010g/mL的甲基橙废水溶液，用1mol/L的硫酸溶液调节pH至3～4，在50～70℃下，将上述制备紫外宽频纳米半导体异质结材料添加至废水中，投加量为450～500g/T，待投加后150min后，脱色率可达85～90%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的紫外宽频纳米半导体异质结材料在可见光下可对有机物进行降解，且降解时间缩短25～30%；
（2）本发明制作工艺简单，且原材料易得，有效节约了制备成本。
具体实施方式
首先按质量比1:5，将对二甲氨基苯甲酸与1mol/L氢氧化钠溶液搅拌混合，在室温下静置3～5h，制备得对二甲氨基苯甲酸碱化液，随后按Zn2+：Al3+摩尔比2:1，将Zn（NO3）2与Al（NO3）3搅拌混合，制备得混合粉末，随后按质量比1:10，将混合粉末与1mol/L氢氧化钠搅拌混合，在室温下静置陈化3～5h，制备得纳米锌铝混合液；在氮气保护下，按体积比1:1，将上述制备的纳米锌铝混合液与对二甲氨基苯甲酸碱化液搅拌混合并置于三口烧瓶中，在65～70℃下水浴20～24h，随后过滤并收集滤渣，用85～90℃去离子水洗涤至淋洗液pH至7.0后，在65～70℃下干燥10～12h，制备得紫外改性插层水滑石材料，备用；按质量比1:10，将全氟辛酸铵与二氯甲烷搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理15～20min，随后在室温下静置陈化20～24h，制备得有机改性液，随后按质量比1:5，将有机改性液与二氧化钛颗粒搅拌混合，在45～50℃下水浴加热2～3h，待水浴加热完成后，再在65～70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒，用去离子水洗涤3～5次，在65～70℃下干燥6～8h，制备得改性二氧化钛颗粒；按质量比1:5，将紫外改性插层水滑石材料与改性二氧化钛颗粒搅拌混合并置于球磨罐中，在450～500℃下球磨3～5h，待球磨完成后，即可制备得一种紫外宽频纳米半导体异质结材料。
实例1
首先按质量比1:5，将对二甲氨基苯甲酸与1mol/L氢氧化钠溶液搅拌混合，在室温下静置3h，制备得对二甲氨基苯甲酸碱化液，随后按Zn2+：Al3+摩尔比2:1，将Zn（NO3）2与Al（NO3）3搅拌混合，制备得混合粉末，随后按质量比1:10，将混合粉末与1mol/L氢氧化钠搅拌混合，在室温下静置陈化3h，制备得纳米锌铝混合液；在氮气保护下，按体积比1:1，将上述制备的纳米锌铝混合液与对二甲氨基苯甲酸碱化液搅拌混合并置于三口烧瓶中，在65℃下水浴20h，随后过滤并收集滤渣，用85℃去离子水洗涤至淋洗液pH至7.0后，在65℃下干燥10h，制备得紫外改性插层水滑石材料，备用；按质量比1:10，将全氟辛酸铵与二氯甲烷搅拌混合，在200W下超声振荡处理15min，随后在室温下静置陈化20h，制备得有机改性液，随后按质量比1:5，将有机改性液与二氧化钛颗粒搅拌混合，在45℃下水浴加热2h，待水浴加热完成后，再在65℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒，用去离子水洗涤3次，在65℃下干燥6h，制备得改性二氧化钛颗粒；按质量比1:5，将紫外改性插层水滑石材料与改性二氧化钛颗粒搅拌混合并置于球磨罐中，在450℃下球磨3h，待球磨完成后，即可制备得一种紫外宽频纳米半导体异质结材料。
选取0.008g/mL的甲基橙废水溶液，用1mol/L的硫酸溶液调节pH至3，在50℃下，将上述制备紫外宽频纳米半导体异质结材料添加至废水中，投加量为450g/T，待投加后150min后，脱色率可达85%。
实例2
首先按质量比1:5，将对二甲氨基苯甲酸与1mol/L氢氧化钠溶液搅拌混合，在室温下静置4h，制备得对二甲氨基苯甲酸碱化液，随后按Zn2+：Al3+摩尔比2:1，将Zn（NO3）2与Al（NO3）3搅拌混合，制备得混合粉末，随后按质量比1:10，将混合粉末与1mol/L氢氧化钠搅拌混合，在室温下静置陈化4h，制备得纳米锌铝混合液；在氮气保护下，按体积比1:1，将上述制备的纳米锌铝混合液与对二甲氨基苯甲酸碱化液搅拌混合并置于三口烧瓶中，在67℃下水浴22h，随后过滤并收集滤渣，用87℃去离子水洗涤至淋洗液pH至7.0后，在67℃下干燥11h，制备得紫外改性插层水滑石材料，备用；按质量比1:10，将全氟辛酸铵与二氯甲烷搅拌混合，在250W下超声振荡处理17min，随后在室温下静置陈化22h，制备得有机改性液，随后按质量比1:5，将有机改性液与二氧化钛颗粒搅拌混合，在47℃下水浴加热3h，待水浴加热完成后，再在67℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒，用去离子水洗涤4次，在67℃下干燥7h，制备得改性二氧化钛颗粒；按质量比1:5，将紫外改性插层水滑石材料与改性二氧化钛颗粒搅拌混合并置于球磨罐中，在475℃下球磨4h，待球磨完成后，即可制备得一种紫外宽频纳米半导体异质结材料。
选取0.009g/mL的甲基橙废水溶液，用1mol/L的硫酸溶液调节pH至4，在55℃下，将上述制备紫外宽频纳米半导体异质结材料添加至废水中，投加量为475g/T，待投加后150min后，脱色率可达87%。
实例3
首先按质量比1:5，将对二甲氨基苯甲酸与1mol/L氢氧化钠溶液搅拌混合，在室温下静置5h，制备得对二甲氨基苯甲酸碱化液，随后按Zn2+：Al3+摩尔比2:1，将Zn（NO3）2与Al（NO3）3搅拌混合，制备得混合粉末，随后按质量比1:10，将混合粉末与1mol/L氢氧化钠搅拌混合，在室温下静置陈化5h，制备得纳米锌铝混合液；在氮气保护下，按体积比1:1，将上述制备的纳米锌铝混合液与对二甲氨基苯甲酸碱化液搅拌混合并置于三口烧瓶中，在70℃下水浴24h，随后过滤并收集滤渣，用85℃去离子水洗涤至淋洗液pH至7.0后，在70℃下干燥12h，制备得紫外改性插层水滑石材料，备用；按质量比1:10，将全氟辛酸铵与二氯甲烷搅拌混合，在300W下超声振荡处理20min，随后在室温下静置陈化24h，制备得有机改性液，随后按质量比1:5，将有机改性液与二氧化钛颗粒搅拌混合，在50℃下水浴加热3h，待水浴加热完成后，再在70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒，用去离子水洗涤5次，在70℃下干燥8h，制备得改性二氧化钛颗粒；按质量比1:5，将紫外改性插层水滑石材料与改性二氧化钛颗粒搅拌混合并置于球磨罐中，在500℃下球磨5h，待球磨完成后，即可制备得一种紫外宽频纳米半导体异质结材料。
选取0.010g/mL的甲基橙废水溶液，用1mol/L的硫酸溶液调节pH至4，在70℃下，将上述制备紫外宽频纳米半导体异质结材料添加至废水中，投加量为500g/T，待投加后150min后，脱色率可达90%以上。