納米復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]21世紀(jì)世界各國(guó)均面臨能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題，光催化技術(shù)為解決上述問(wèn)題提供了新思路并受到廣泛關(guān)注。目前使用的大部分光催化材料存在量子效率低，可見(jiàn)光下無(wú)光催化活性等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)具有高效可見(jiàn)光催化材料具有十分重要的科學(xué)意義與巨大的工業(yè)應(yīng)用前景。三元硫化物ZnIn2S4 (Eg = 2.3eV)的能帶間隙較窄，化學(xué)穩(wěn)定良好，被認(rèn)為是一種理想的可見(jiàn)光催化劑，但是純的ZnIn2S4光催化量子效率較低。目前，人們通過(guò)摻雜金屬和金屬氧化物的方法來(lái)提高其光催化活性。
[0003]石墨稀(graphene)是新型二維碳納米結(jié)構(gòu)，具有高的比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性、吸附性能以及優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性能。近年來(lái)，對(duì)石墨烯進(jìn)行功能化-合成石墨烯衍生物、表面官能團(tuán)化、化學(xué)修飾、化學(xué)摻雜等越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。其中，N摻雜石墨烯中由于N原子取代C原子，其電子結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性能得以改善，可顯著提高可見(jiàn)光下的催化量子效率。近年來(lái)，溶劑熱法還原氧化石墨制備石墨烯作為一種綠色、環(huán)境有好的新方法受到了廣泛關(guān)注。本專(zhuān)利申請(qǐng)的目的是提供一種N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料制備方法，本發(fā)明通過(guò)把N摻雜石墨稀作為ZnIn2S4光催化材料的載體既降低其光生載流子復(fù)合率，又拓寬材料的可見(jiàn)光吸收范圍，提高光催化效率。
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法。制備方法包括以下步驟:
[0006](I)將氧化石墨和尿素在還原性醇劑中超聲分散；
[0007](2)將步驟(I)的反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；
[0008](3)將步驟⑵產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得N摻雜石墨烯；
[0009](4)將N摻雜石墨烯在還原性醇劑中超聲分散；
[0010](5)將硫酸鋅和氯化銦在還原性醇劑中攪拌溶解；
[0011](6)將步驟(4)制得的分散液與步驟(5)制得的混合物混合，加入硫代乙酰胺并攪拌;
[0012](7)將步驟(6)的反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；
[0013](8)將步驟(8)產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得N摻雜石墨稀-ZnIn2S4納米復(fù)合材料。
[0014]進(jìn)一步地，前述的一種可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨稀-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法，其中還原性醇劑至少為甲醇、乙醇或乙二醇之一。
[0015]本發(fā)明技術(shù)方案的應(yīng)用實(shí)施，其顯著優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:
[0016](I)通過(guò)溶劑熱反應(yīng)，氧化石墨與尿素反應(yīng)制備N(xiāo)摻雜石墨烯過(guò)程簡(jiǎn)便，有利于大規(guī)模制備；
[0017](2)采用N摻雜石墨烯為載體材料，在表面均勻分散ZnIn2S4光催化材料，既降低其光生載流子復(fù)合率，又拓寬材料的可見(jiàn)光吸收范圍，提高光催化效率。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]本發(fā)明一種可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0020](I)將氧化石墨和尿素在還原性醇劑中超聲分散，氧化石墨、尿素與還原性醇劑的濃度為Img: (5-15mg): 2mL，超聲時(shí)間為40-60分鐘；
[0021](2)將步驟(I)的反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至水熱釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為140-180°C，反應(yīng)時(shí)間為10-24小時(shí)；
[0022](3)將步驟(2)產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中進(jìn)行抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得N摻雜石墨烯，干燥溫度為60°C，時(shí)間為12小時(shí)；
[0023](4)將N摻雜石墨烯在還原性醇劑中超聲分散，超聲時(shí)間為40-60分鐘；
[0024](5)將硫酸鋅和氯化銦分別溶解在等體積的還原性醇劑中攪拌20-40分鐘；
[0025](6)將步驟(4)制得的分散液與步驟(5)制得的混合物混合，加入一定量硫代乙酰胺，控制硫酸鋅、氯化銦與硫代乙酰胺的摩爾比為1: 2: 8，攪拌30-60分鐘；
[0026](7)將步驟(6)的反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至水熱釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為140-180°C，反應(yīng)時(shí)間為10-24小時(shí)；
[0027](8)將步驟(7)產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中進(jìn)行抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料，干燥溫度為60°C，時(shí)間為12小時(shí)。
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]實(shí)施例一:本發(fā)明一種可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0030](I)氧化石墨的制備。將2g石墨粉加入到80°C的過(guò)硫酸鉀(Ig)，五氧化二磷(Ig)的濃硫酸溶液(15mL)中，預(yù)氧化6小時(shí)，之后冷卻至室溫，抽濾，洗滌至中性。將預(yù)氧化的石墨粉(2g)加入到0°C的50mL濃硫酸溶液中，之后緩慢加入6g高錳酸鉀，之后于35 V反應(yīng)2小時(shí)，最后向反應(yīng)液中緩慢加入10mL去離子水和20mL 30%的雙氧水使反應(yīng)終止，抽濾，洗滌，透析，制得氧化石墨；
[0031](2)將52mg的氧化石墨與520mg的尿素置于10mL乙醇中超聲分散60分鐘；
[0032](3)將步驟⑵的反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至10mL水熱釜中，在160°C反應(yīng)24小時(shí)；
[0033](4)將步驟(3)產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中進(jìn)行抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后得N摻雜石墨烯，干燥溫度為60°C，時(shí)間為12小時(shí)。
[0034](5)將26mg N摻雜石墨稀置于50mL乙醇中超聲分散60分鐘；
[0035](6)將1.176g硫酸鋅和2.4968g氯化銦分別溶解在50mL乙醇中，并攪拌30分鐘；
[0036](7)將步驟(5)與步驟(6)混合，加入2.4192g硫代乙酰胺，并攪拌30分鐘；
[0037](8)將步驟(7)的反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至10mL水熱釜中，在160°C反應(yīng)24小時(shí)；
[0038](9)將步驟(8)產(chǎn)物倒入真空抽濾裝置中進(jìn)行抽濾，用去離子水洗滌，真空干燥后獲得N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料，干燥溫度為60°C，時(shí)間為12小時(shí)。
[0039]實(shí)施例二:本發(fā)明一種可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜石墨烯-ZnIn2S4納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0040](I)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑴；
[0041](2)將52mg的氧化石墨與520mg的尿素置于10mL甲醇中超聲分散60分鐘；
[0042](3)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑶；
[0043](4)同實(shí)施實(shí)例I中的步驟⑷；
[0044](5)將26mg N摻雜石墨稀置于50mL甲醇中超聲分散60分鐘；
[0045](6)將1.176g硫酸鋅和2.4968g氯化銦分別溶解在5