一种二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法

本发明属于无机纳米光催化剂领域，具体涉及一种二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法。

背景技术：

1、

2、苯酚作为消毒剂中含量较高的成分之一，是一种无色、毒性大、难降解的物质；其通过污水排放进入环境后，会产生二次化学污染，威胁人类健康。而环丙沙星(cip)作为抗生素也广泛存在于工厂产生的制药废水和城市的生活污水中。因此，在这类苯酚和环丙沙星共存的废水排入环境之前，如何对其进行有效的降解处理，已经受到越来越多人的重视和研究。光催化技术能够对污水中的有机污染物进行光催化降解，是一种绿色环保、成本低廉且快速有效的方法，近年来人们对光催化剂的研究越来越深入。

3、氧化锌作为一种常见的光催化剂，具有强力氧化、电子携带能力优越等诸多优点，但其比表面积小，吸附性能差。有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供了一种二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，解决了普通zno比表面积小、吸附性能差的问题，本发明构建的二维大孔结构提高了光催化材料的比表面积，并且单晶结构降低了载流子迁移时的阻碍，提高了载流子的利用率，进一步提高zno的光催化反应效率。本发明合成方法制备的zno-m具有二维单晶有序大孔结构，能够高效的进行光催化反应，极大促进了光生载流子的分离，在光催化降解苯酚和cip抗生素类药物方面具有较大的优势。

2、为达成上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

3、本发明提供一种二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，包括如下步骤：

4、s1、以聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯为原料，加入引发剂聚合，得到有序排列的聚苯乙烯微球模板；

5、s2、将可溶性锌盐加入甲醇中溶解，得到前驱体溶液，将聚苯乙烯微球模板加入前驱体溶液中，真空脱气，洗涤干燥得到样品1；

6、s3、将所得样品1放入氨水与甲醇的混合液中，真空脱气，洗涤干燥得到样品2；

7、s4、将样品2加入n,n-二甲基甲酰胺中去除聚苯乙烯微球模板，离心洗涤干燥得到样品3，对样品3进行热处理，得到二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料。

8、进一步地，s1所述聚苯乙烯微球模板是通过聚乙烯吡咯烷酮、去离子水、苯乙烯和过二硫酸钾在75℃下反应24h并抽滤得到的。

9、进一步地，s2所述可溶性锌盐为zn(no3)2·6h2o、zncl2和zn(ch3coo)2·2h2o中任意一种。

10、进一步地，s2所述可溶性锌盐与聚苯乙烯微球模板的用量比例为(0.01-0.04):(4-10)，mol:g。

11、进一步地，s2所述真空脱气的压力为5-15kpa，更优选为5-8kpa，时间为3-10min。

12、进一步地，s3所述氨水与样品1中zn2+的摩尔比为1:(1-4)；氨水的质量分数为25％-28％。

13、进一步地，s3所述真空脱气的压力为5-15kpa，更优选为6-10kpa，时间为3-7min；真空脱气后还需在293-303k条件下静置12-24h。

14、进一步地，s4中n,n-二甲基甲酰胺与聚苯乙烯微球模板的用量比为15-25ml/g。

15、进一步地，s4所述热处理为723-823k下保持1-3h，升温速度为1-3℃/min。

16、本发明选择聚苯乙烯(ps)微球作为模板构建二维单晶周期大孔zno光催化材料，制备的zno-m具有二维单晶有序大孔结构，显著提高了催化剂的比表面积，增加了反应的活性位点，缩短了载流子的迁移距离，减少了载流子的复合速率，从而提高了zno-m的光催化降解性能。

17、本发明以ps微球为模板剂构建二维单晶周期大孔zno光催化材料。首先将可溶性锌盐溶于甲醇形成的前驱体溶液填充到有序ps模板的间隙，获得有序微球模板缝隙中含有前驱体的样品。然后用甲醇充分洗涤去除ps模板表面残留的zn2+，之后将氨水混合溶液再次填充浸渍，通过调控zn2+与氨水的摩尔比使其在间隙中充分反应形成zn(oh)2纳米片，用无水甲醇洗涤干燥后通过有机溶剂dmf去除ps模板后离心洗涤干燥，所得样品进一步热处理将zn(oh)2转变为zno并去除有机杂质，最后得到二维单晶周期大孔zno光催化材料。单晶二维大孔结构显著提高了比表面积，增加了反应的活性位点，降低了载流子迁移时的阻碍，减少了载流子的复合速率，从而提高光催化性能。这种通用的合成策略可以将二维单晶周期大孔生长的可能性扩展到其他功能性半导体材料。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1、本发明创新性的提出两步浸渍法制备在ps模板中生长的单晶二维大孔结构zno，提高了比表面积，增加了反应的活性位点，减少了载流子的复合速率，表现出优异的光催化能力。

20、2、本发明构建的二维单晶周期大孔zno光催化材料中的单晶网络的对称取向和结构连续性使得载流子的迁移更加高效。

21、3、本发明构建的二维单晶周期大孔zno光催化材料，这种大孔结构获得了较高的孔隙率，提高了光的利用率，进一步有利于光催化反应的进行。

技术特征：

1.一种二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s1所述聚苯乙烯微球模板是通过聚乙烯吡咯烷酮、去离子水、苯乙烯和过二硫酸钾在75℃下反应24h并抽滤得到的。

3.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s2所述可溶性锌盐为zn(no3)2·6h2o、zncl2和zn(ch3coo)2·2h2o中任意一种。

4.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s2所述可溶性锌盐与聚苯乙烯微球模板的用量比例为(0.01-0.04):(4-10)，mol:g。

5.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s2所述真空脱气的压力为5-15kpa，时间为3-10min。

6.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s3所述氨水与样品1中zn2+的摩尔比为1:(1-4)。

7.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s3所述真空脱气的压力为5-15kpa，时间为3-7min；真空脱气后还需在293-303k条件下静置12-24h。

8.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s4中n,n-二甲基甲酰胺与聚苯乙烯微球模板的用量比为15-25ml/g。

9.根据权利要求1所述的二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，其特征在于，s4所述热处理为723-823k下保持1-3h，升温速度为1-3℃/min。

技术总结本发明提供了一种二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料的合成方法，属于无机纳米光催化剂领域。本发明通过聚苯乙烯模板法制备二维单晶周期大孔氧化锌光催化材料：将可溶性锌盐溶于甲醇得到前驱体溶液，随后加入一块完整的饼状PS微球模板剂，静置后真空脱气得到有序微球模板缝隙中含有前驱体的样品，再将样品在氨水与甲醇的混合溶液中浸渍并真空脱气，使用DMF去除PS模板，最后煅烧转化为氧化锌。本发明方法制备的ZnO‑M具有二维片状单晶周期大孔结构，极大地提高了比表面积和载流子的迁移率，增加了反应的活性位点，能够高效的进行光催化反应。这种新型合成策略对单晶二维周期大孔光催化材料的制备颇具参考价值。技术研发人员：王学文,付勇军,张荣斌受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27