CN109979643B - ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用 - Google Patents

ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109979643B
CN109979643B CN201810166654.XA CN201810166654A CN109979643B CN 109979643 B CN109979643 B CN 109979643B CN 201810166654 A CN201810166654 A CN 201810166654A CN 109979643 B CN109979643 B CN 109979643B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zno
znse
cdse
core
shell structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810166654.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109979643A (zh
Inventor
唐一鸣
郑泽校
李来胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Normal University
Original Assignee
South China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Normal University filed Critical South China Normal University
Priority to CN201810166654.XA priority Critical patent/CN109979643B/zh
Publication of CN109979643A publication Critical patent/CN109979643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109979643B publication Critical patent/CN109979643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/34Organic compounds containing oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/38Organic compounds containing nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/40Organic compounds containing sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤:对FTO导电玻璃进行预处理;制备ZnO薄膜;制备ZnO/ZnSe薄膜;制备ZnO/ZnSe/CdSe薄膜;将ZnO/ZnSe/CdSe薄膜常温下浸入四硫代钼酸铵溶液中,然后高温煅烧,通过热分解法制备MoS2,得到所述ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。本发明ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极具有优良的光电催化降解阿莫西林性能,在模拟太阳光照射下外加电压为0.5V条件下30分钟内能全部降解浓度为10ppm的阿莫西林溶液,其在光电催化降解污染物和光电催化分解水方向具有较大的利用前景。

Description

ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用
技术领域
本发明属于环境学领域,具体涉及一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用。
背景技术
近年来,能源与环境问题引起了人们的广泛关注,寻找清洁低成本的方式解决能源与环境问题,成为人类可持续发展的关键因素。光电催化技术则是解决能源与环境这两个问题的一种潜在的理想途径。而目前制约光电催化剂在实际生产中应用的主要原因是催化剂太阳能利用率低、催化剂稳定性不够,无法循环使用等。在各种半导体纳米材料中,ZnO由于其制备简便,形态结构可控以及优异的物理性能,因而在光电催化领域具有巨大的应用潜力。ZnO是直接带隙的半导体,带隙宽度为3.26eV,同时有电子迁移率高,激发子结合能大等优点。其中,一维ZnO纳米棒阵列由于其优良的电子传导性能,较大的比表面积,直接电子传递途径而备受关注。然而由于其较宽的带隙,ZnO具有低的可见光吸收和利用效率,因此在光电催化剂时受到限制。为了克服这个缺点,利用窄带隙半导体,对ZnO进行光敏化处理能有效扩大了光吸收区域,提高了光催化效率。在各种半导体催化剂中,CdSe的禁带宽度较窄(1.7eV),在可见光区域有很好的吸收。CdSe是一种II-VI族半导体化合物,由于其是直接带隙材料,具有吸收系数高等优点,被广泛用作薄膜太阳电池材料,特别是n型CdSe非常适合在异质结太阳电池中作窗口层,已成为各国科学领域的研究热点。
然而,CdSe自身存在一些缺陷,阻碍和限制其在产业中的应用,主要包括: (1)光化学性质不稳定,易发生光腐蚀;(2)纯CdSe成核速率快,容易团聚成不规则的大尺寸颗粒,形貌不容易控制;(3)需要贵金属作助催化剂等。为缓解CdSe的自身缺陷,p型半导体MoS2被制备在CdSe表面,一方面能有效减缓CdSe光腐蚀,另一方面形成p-n异质结结构,能有效抑制光生电子空穴的复合,明显提高催化剂的光电催化活性。
目前制备光电催化剂的方法有很多种,主要有化学水浴沉积法、电沉积法、真空蒸发法、喷涂法等。化学水浴沉积法是一种高效、低成本、适合大面积生产的方法。而且反应要求较低,反应液浓度、pH值以及温度这些生长参数较容易控制。目前对催化剂的研究主要集中在制备粉末材料催化剂,其主要缺点是催化剂在使用后难以进行回收,易造成二次污染。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处,本发明的首要目的在于提供一种 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,可进一步增强ZnO的电子传导能力,拓宽其在可见光区的吸收范围。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。
本发明的再一目的在于提供上述ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现:
一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,包括以下步骤:
(1)对FTO导电玻璃进行预处理;
(2)制备ZnO薄膜:
①播种过程:将浓度为5~10mmol/L的醋酸锌乙醇溶液涂布在预处理后的 FTO导电玻璃的导电面,然后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液,并用惰性气体将FTO导电玻璃吹干,重复上述所有过程(包括涂布——滴加乙醇——吹干步骤在内的所有过程)4~8次;然后将播种好的FTO导电玻璃煅烧。整个播种过程重复1~3次;
②生长过程:将播种好的FTO导电玻璃浸入硝酸锌和乌洛托品的混合液中于80~100℃生长2~4小时,所述硝酸锌和乌洛托品的混合液中硝酸锌和乌洛托品的浓度均为20~30mmol/L,随后取出FTO导电玻璃并用水清洗。整个生长过程重复1~3次;
③将生长后的ZnO薄膜煅烧以促进氧化锌的结晶以及彻底去除材料中残留的有机物;
(3)将一定量硒粉溶于硼酸氢钠溶液中得到5~10mmol/L的Se2+溶液;将步骤(2)得到的ZnO薄膜置于Se2+溶液中,于55~60℃反应1~3小时得到 ZnO/ZnSe薄膜;
(4)将步骤(3)得到的ZnO/ZnSe薄膜浸入浓度为20~40mmol/L的硝酸镉溶液中,在85~95℃反应6~10小时得到ZnO/ZnSe/CdSe薄膜;将制备的 ZnO/ZnSe/CdSe薄膜在惰性气体保护条件下煅烧,促进其结晶;
(5)将步骤(4)得到后的ZnO/ZnSe/CdSe薄膜常温下浸入浓度为0.05~0.1 mol/L的四硫代钼酸铵溶液中,一段时间后取出并用水对其进行清洗,重复上述过程(包括浸入——清洗过程)1~3次;处理好的薄膜在惰性气体保护条件下煅烧,以将四硫代钼酸铵分解为二硫化钼,得到所述ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。
本发明采用化学水浴沉积法制备ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极,能使纳米ZnSe/CdSe/MoS2壳结构均匀生长在ZnO核结构纳米棒表面,增强了催化剂的电子传导能力,拓宽其在可见光区的吸收范围,提高其光电转换效率。制备的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在模拟太阳光照射下能产生较强的光电流,光电流密度约为27.1mA/cm2,相较于单独的ZnO薄膜电极光电流密度0.59mA/cm2,有了较大的提升。
优选的,步骤(1)所述预处理包括以下步骤:将FTO导电玻璃分别使用去离子水、乙醇、丙酮对FTO基底超声清洗10~30分钟,然后烘干。
优选的,步骤(2)所述醋酸锌乙醇溶液的浓度为5mmol/L;所述硝酸锌和乌洛托品的混合液中硝酸锌和乌洛托品的浓度均为25mmol/L;生长过程中在 90℃生长3小时。
优选的,步骤(2)中涂布醋酸锌乙醇溶液5~20s后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液;所述播种过程中的煅烧是在300~400℃煅烧20~40分钟,更优选在350℃煅烧20分钟;生长后的ZnO薄膜是在400~500℃煅烧20~40分钟,更优选在450℃煅烧30分钟。
优选的,步骤(3)所述硼酸氢钠溶液的浓度为30~50mmol/L,更优选为 40mmol/L;ZnO薄膜置于Se2+溶液中55℃反应2小时。
优选的,步骤(4)所述硝酸镉溶液的浓度为25mmol/L,ZnO/ZnSe薄膜浸入硝酸镉溶液中在95℃反应8小时;步骤(5)所述四硫代钼酸铵溶液浓度为 0.05mol/L。
优选的,步骤(4)所述的煅烧是在400~500℃煅烧1~2小时,更优选在 400℃煅烧1小时。
优选的,步骤(5)中ZnO/ZnSe/CdSe薄膜浸入四硫代钼酸铵溶液中1分钟后取出;步骤(5)所述的煅烧是在400℃煅烧0.5~1.5小时,更优选为1小时。
优选的,上述制备步骤中,整个播种过程重复2次,整个生长过程重复2 次。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极,该ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极具有较高的光电转换效率,可应用于光电催化降解阿莫西林。
与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:
(1)本发明使用简单的水热沉积法制备了ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极,增强了催化剂的电子传导能力,拓宽其在可见光区的吸收范围,提高其光电转换效率;
(2)本发明所述的制备工艺简单,对仪器设备要求低,生产成本低,消耗时间较短,制备的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在模拟太阳光照射下能产生较强的光电流,光电流密度约为27.1mA/cm2,相较于单独的ZnO薄膜电极光电流密度0.59mA/cm2,有了较大的提升。
(3)本发明制备的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极可以有效拓宽催化剂光吸收区域,提高光电催化活性,在模拟太阳光照射下外加电压为0.5V 条件下30分钟内能全部降解浓度为10ppm的阿莫西林溶液,其在光电催化降解污染物方向具有较大的利用前景,有望成为利用太阳能降解污染物以及分解水制氢的理想纳米光电催化电极。
(4)本发明采用化学水浴沉积法制备ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极,能使纳米ZnSe/CdSe/MoS2壳结构均匀生长在ZnO核结构纳米棒表面,同时ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在用于降解污染物或光电催化分解水后极易回收,避免了催化剂进入环境中造成二次污染。
附图说明
图1为扫描电子显微镜图:(a)ZnO薄膜电极;(b)ZnO/ZnSe薄膜电极; (c)ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极;(d)ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。
图2为透射电子显微镜图:(a)ZnO薄膜电极;(b)ZnO/ZnSe薄膜电极; (c)ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极;(d)ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。
图3为ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的光吸收图谱。
图4为ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在模拟太阳光照射下的光电流响应图。
图5为ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在模拟太阳光照射下外加电压为0.5V 时光电催化降解浓度为10ppm阿莫西林的浓度变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
(1)通过切割得到50mm×15mm的FTO导电玻璃,分别使用去离子水、乙醇、丙酮对FTO基底超声清洗10分钟,超声后置于鼓风干燥箱中烘干;
(2)ZnO薄膜的制备。
①播种过程:将5mmol/L的醋酸锌乙醇溶液缓慢涂布在FTO导电玻璃的导电面,10s后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液,并用氮气将FTO导电玻璃吹干;重复上述所有过程五次。将播种好的FTO导电玻璃置于马弗炉中350℃煅烧20分钟。整个播种过程重复两次。
②生长过程:将播种好的FTO导电玻璃浸入25mmol/L硝酸锌和25mmol/L 乌洛托品的混合液中,放置在90℃的鼓风干燥箱里生长3小时,随后取出FTO 导电玻璃并用去离子水清洗。整个生长过程重复两次。
③生长后的ZnO薄膜置于马弗炉中450℃煅烧30分钟以促进氧化锌的结晶以及彻底去除材料中残留的有机物,得到ZnO薄膜电极。
(3)对制备好的ZnO薄膜电极进行扫描电镜和透射电镜的表征,测试ZnO 薄膜电极的光吸收性能和光电流,用ZnO薄膜电极光电催化降解阿莫西林。
实施例2:
(1)通过切割得到50mm×15mm的FTO导电玻璃,分别使用去离子水、乙醇、丙酮对FTO基底超声清洗10分钟,超声后置于鼓风干燥箱中烘干;
(2)ZnO薄膜的制备。
①播种过程:将5mmol/L的醋酸锌乙醇溶液缓慢涂布在FTO导电玻璃的导电面,10s后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液,并用氮气将FTO导电玻璃吹干;重复上述所有过程五次。将播种好的FTO导电玻璃置于马弗炉中350℃煅烧20分钟。整个播种过程重复两次。
②生长过程:将播种好的FTO导电玻璃浸入25mmol/L硝酸锌和25mmol/L 乌洛托品的混合液中,放置在90℃的鼓风干燥箱里生长3小时,随后取出FTO 导电玻璃并用去离子水清洗,整个生长过程重复两次。
③生长后的ZnO薄膜置于马弗炉中450℃煅烧30分钟以促进氧化锌的结晶以及彻底去除材料中残留的有机物。
(3)将一定量硒粉溶于40mmol/L硼酸氢钠溶液中得到6mmol/L的Se2+溶液。将步骤(2)得到后的ZnO薄膜置于Se2+溶液中55℃反应2小时得到 ZnO/ZnSe薄膜电极。
(4)对制备好的ZnO/ZnSe薄膜电极进行扫描电镜和透射电镜的表征;测试ZnO/ZnSe薄膜电极的光吸收性能和光电流;用ZnO/ZnSe薄膜电极光电催化降解阿莫西林。
实施例3:
(1)通过切割得到50mm×15mm的FTO导电玻璃,分别使用去离子水、乙醇、丙酮对FTO基底超声清洗10分钟,超声后置于鼓风干燥箱中烘干;
(2)ZnO薄膜的制备。
①播种过程:将5mmol/L的醋酸锌乙醇溶液缓慢涂布在FTO导电玻璃的导电面,10s后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液,并用氮气将FTO导电玻璃吹干;重复上述所有过程五次。将播种好的FTO导电玻璃置于马弗炉中350℃煅烧20分钟。整个播种过程重复两次。
②生长过程:将播种好的FTO导电玻璃浸入25mmol/L硝酸锌和25mmol/L 乌洛托品的混合液中,放置在90℃的鼓风干燥箱里生长3小时,随后取出FTO 导电玻璃并用去离子水清洗。整个生长过程重复两次。
③生长后的ZnO薄膜置于马弗炉中450℃煅烧30分钟以促进氧化锌的结晶以及彻底去除材料中残留的有机物。
(3)将一定量硒粉溶于40mmol/L硼酸氢钠溶液中得到6mmol/L的Se2+溶液。将步骤(2)得到后的ZnO薄膜置于Se2+溶液中55℃反应2小时得到 ZnO/ZnSe薄膜。
(4)将步骤(3)得到的ZnO/ZnSe薄膜浸入25mmol/L的硝酸镉溶液中 95℃反应8小时得到ZnO/ZnSe/CdSe薄膜。在400℃氮气保护条件下将制备的 ZnO/ZnSe/CdSe薄膜煅烧1小时,促进其结晶,制得ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极。
(5)对制备好的ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极进行扫描电镜和透射电镜的表征;测试ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极的光吸收性能和光电流;用ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极光电催化降解阿莫西林。
实施例4:
(1)通过切割得到50mm×15mm的FTO导电玻璃,分别使用去离子水、乙醇、丙酮对FTO基底超声清洗10分钟,超声后置于鼓风干燥箱中烘干;
(2)ZnO薄膜的制备。
①播种过程:将5mmol/L的醋酸锌乙醇溶液缓慢涂布在FTO导电玻璃的导电面,10s后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液,并用氮气将FTO导电玻璃吹干;重复上述所有过程五次。将播种好的FTO导电玻璃置于马弗炉中350℃煅烧20分钟。整个播种过程重复两次。
②生长过程:将播种好的FTO导电玻璃浸入25mmol/L硝酸锌和25mmol/L 乌洛托品的混合液中,放置在90℃的鼓风干燥箱里生长3小时,随后取出FTO 导电玻璃并用去离子水清洗,整个生长过程重复两次。
③生长后的ZnO薄膜置于马弗炉中450℃煅烧30分钟以促进氧化锌的结晶以及彻底去除材料中残留的有机物。
(3)将一定量硒粉溶于40mmol/L硼酸氢钠溶液中得到6mmol/L的Se2+溶液。将步骤(2)得到后的ZnO薄膜置于Se2+溶液中55℃反应2小时得到 ZnO/ZnSe薄膜。
(4)将步骤(3)得到的ZnO/ZnSe薄膜浸入25mmol/L的硝酸镉溶液中95℃反应8小时得到ZnO/ZnSe/CdSe薄膜。在400℃氮气保护条件下将制备的 ZnO/ZnSe/CdSe薄膜煅烧1小时,促进其结晶。
(5)将步骤(4)得到后的ZnO/ZnSe/CdSe薄膜常温(25℃)下浸入0.05mol/L 的四硫代钼酸铵溶液中,一分钟后取出并用去离子水对其进行清洗;重复上述过程(包括浸入——清洗过程)2次。处理好的薄膜在氮气保护条件下于400℃煅烧1小时,以将四硫代钼酸铵分解为二硫化钼,得到ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。
(6)对制备好的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极进行扫描电镜和透射电镜的表征;测试ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的光吸收性能和光电流;用ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极光电催化降解阿莫西林。
光电流测试实施步骤:
(1)将以上实施例1-4制备的ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极, ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极作为工作电极置于光电流测量反应器中,所使用电解液为0.25mol/L的Na2S和0.35mol/L 的Na2SO3的混合溶液;
(2)光电流测试所用电化学工作站为辰华660E,外加电压为0V,所用光源为300W的氙灯,模拟太阳光对薄膜电极照射,薄膜电极被照射面积为0.25 πcm2
(3)先对薄膜电极进行300秒的无光照处理,以达到电流平衡,测量时以 60秒为周期对薄膜电极进行光照处理和无光照处理,总共测试时间为900秒。
光电催化降解阿莫西林实施步骤:
(1)配制10ppm阿莫西林和10ppm氯化钠的混合溶液,取50mL该混合溶液于全石英反应器中。将以上实施例1-4制备的ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极作为工作电极置于反应器里,光电催化反应前30分钟对溶液进行搅拌,使催化剂与溶液达到吸附溶解平衡。
(2)光电催化降解阿莫西林所用电化学工作站为辰华660E,外加电压为 0.5V,所用光源为300W的氙灯,模拟太阳光对薄膜电极照射,薄膜电极被照射面积为4.5cm2
(3)设置光电催化降解阿莫西林时间为30分钟,每5分钟取样一次,利用高效液相对反应液进行检测,对阿莫西林进行定量分析。
图1为扫描电子显微镜图:(a)ZnO薄膜电极;(b)ZnO/ZnSe薄膜电极; (c)ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极;(d)ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极;图像表明单独ZnO表面光滑,ZnO纳米棒直径在50-100纳米之间。随着ZnSe, CdSe和MoS2的成功制备,纳米棒表面粗糙程度增加,直径也不断增大 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2纳米棒直径在80-150纳米之间。
图2为透射电子显微镜图:(a)ZnO薄膜电极;(b)ZnO/ZnSe薄膜电极; (c)ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极;(d)ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极;图像表明ZnO纳米棒表面光滑均一,长度在600-900纳米之间。可观擦到ZnO/ZnSe, ZnO/ZnSe/CdSe和ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2均为核壳结构的纳米棒,其壳结构的厚度分别为7.63纳米,13.54纳米和22.98纳米。
图3为ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的光吸收图谱。ZnO薄膜电极只能吸收波长为380纳米以下的紫外光区域,与其3.2eV的禁带宽度相对应。 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在波长为700纳米以下的区域对光均有较强的吸收,说明其在可见光区域有极好的光吸收活性。
图4为ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在模拟太阳光照射下的光电流响应图,由图可以看出ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的光电流均比其他材料薄膜电极的好,单独ZnO薄膜电极为0.59mA/cm2,ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极测得最高光电流为27.1mA/cm2,约为单独ZnO的46倍,说明修饰后的材料具有极好的光电催化活性。
图5为ZnO薄膜电极,ZnO/ZnSe薄膜电极,ZnO/ZnSe/CdSe薄膜电极和 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在模拟太阳光照射下外加电压为0.5V 时光电催化降解浓度为10ppm阿莫西林的浓度变化曲线。ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在30分钟内能将阿莫西林完全降解,比其他材料降解效果更好,说明ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极具有更好的光电催化降解阿莫西林活性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对FTO导电玻璃进行预处理;
(2)制备ZnO薄膜:
①播种过程:将浓度为5~10mmol/L的醋酸锌乙醇溶液涂布在预处理后的FTO导电玻璃的导电面,然后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液,并用惰性气体将FTO导电玻璃吹干,重复上述所有过程4~8次;然后将播种好的FTO导电玻璃煅烧;整个播种过程重复1~3次;
②生长过程:将播种好的FTO导电玻璃浸入硝酸锌和乌洛托品的混合液中于80~100℃生长2~4小时,所述硝酸锌和乌洛托品的混合液中硝酸锌和乌洛托品的浓度均为20~30mmol/L,随后取出FTO导电玻璃并用水清洗;整个生长过程重复1~3次;
③将生长后的ZnO薄膜煅烧;
(3)将一定量硒粉溶于硼酸氢钠溶液中得到5~10mmol/L的Se2+溶液;将步骤(2)得到的ZnO薄膜置于Se2+溶液中,于55~60℃反应1~3小时得到ZnO/ZnSe薄膜;
(4)将步骤(3)得到的ZnO/ZnSe薄膜浸入浓度为20~40mmol/L的硝酸镉溶液中,在85~95℃反应6~10小时得到ZnO/ZnSe/CdSe薄膜;将制备的ZnO/ZnSe/CdSe薄膜在惰性气体保护条件下煅烧;
(5)将步骤(4)得到后的ZnO/ZnSe/CdSe薄膜常温下浸入浓度为0.05~0.1mol/L的四硫代钼酸铵溶液中,一段时间后取出并用水对其进行清洗,重复上述过程1~3次;处理好的薄膜在惰性气体保护条件下煅烧,得到所述ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极。
2.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述醋酸锌乙醇溶液的浓度为5mmol/L;所述硝酸锌和乌洛托品的混合液中硝酸锌和乌洛托品的浓度均为25mmol/L;生长过程中在90℃生长3小时。
3.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(2)中涂布醋酸锌乙醇溶液5~20s后滴加乙醇清除导电面的醋酸锌乙醇溶液;所述播种过程中的煅烧是在300~400℃煅烧20~40分钟;生长后的ZnO薄膜是在400~500℃煅烧20~40分钟。
4.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述硼酸氢钠溶液的浓度为30~50mmol/L;ZnO薄膜置于Se2+溶液中55℃反应2小时。
5.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述硝酸镉溶液的浓度为25mmol/L,ZnO/ZnSe薄膜浸入硝酸镉溶液中在95℃反应8小时。
6.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述的煅烧是在400~500℃煅烧1~2小时。
7.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(5)所述四硫代钼酸铵溶液浓度为0.05mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法,其特征在于,步骤(5)中ZnO/ZnSe/CdSe薄膜浸入四硫代钼酸铵溶液中1分钟后取出;步骤(5)所述的煅烧是在400℃煅烧0.5~1.5小时。
9.一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极,其特征在于,其由权利要求1至8任一项所述的一种ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法制得。
10.权利要求9所述的ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极在光电催化降解阿莫西林中的应用。
CN201810166654.XA 2018-02-28 2018-02-28 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用 Active CN109979643B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810166654.XA CN109979643B (zh) 2018-02-28 2018-02-28 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810166654.XA CN109979643B (zh) 2018-02-28 2018-02-28 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109979643A CN109979643A (zh) 2019-07-05
CN109979643B true CN109979643B (zh) 2020-05-08

Family

ID=67075876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810166654.XA Active CN109979643B (zh) 2018-02-28 2018-02-28 ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109979643B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113511681B (zh) * 2020-04-09 2022-06-03 北京大学 一种硫族元素化合物晶片辅助局域生长过渡金属硫族化合物的方法
CN112007668B (zh) * 2020-08-13 2023-02-07 西安工程大学 一种ZnO三元复合光催化剂的制备方法
CN113443835B (zh) * 2021-06-25 2022-07-26 中山大学 ZnO/CdO/CdSe复合薄膜的制备及其在光电化学阴极保护中的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106391059A (zh) * 2016-09-18 2017-02-15 南昌航空大学 一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法
CN107138170A (zh) * 2017-05-03 2017-09-08 吉林师范大学 一种ZnO/ZnSe异质结纳米带光催化剂薄膜的制备方法
CN107460513A (zh) * 2017-09-08 2017-12-12 华南师范大学 MoS2/CdS薄膜电极的制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4931348B2 (ja) * 2002-08-13 2012-05-16 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 半導体ナノクリスタルヘテロ構造体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106391059A (zh) * 2016-09-18 2017-02-15 南昌航空大学 一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法
CN107138170A (zh) * 2017-05-03 2017-09-08 吉林师范大学 一种ZnO/ZnSe异质结纳米带光催化剂薄膜的制备方法
CN107460513A (zh) * 2017-09-08 2017-12-12 华南师范大学 MoS2/CdS薄膜电极的制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZnO基Ⅱ型同轴纳米线阵列的光学性质研究;郑晅丽;《厦门大学》;20170621;第4章 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109979643A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109402656B (zh) 一种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法
CN108796532B (zh) 氧化镍—氧化亚铜同质结光电阴极及其制备方法和在光催化中的应用
CN106222685B (zh) 一种光电催化水分解用的wo3-ldh复合薄膜的制备方法
CN109267096B (zh) 高效稳定的硅基光解水制氢电极及其制备方法和应用
CN105039938B (zh) 一种单源前驱体制备α-三氧化二铁薄膜的光电极的方法
CN102125863A (zh) 一种石墨相氮化碳/金红石单晶二氧化钛纳米线阵列的制备方法
CN103400878B (zh) 一种氧化锌纳米铅笔阵列电极及其制备方法和应用
CN109979643B (zh) ZnO/ZnSe/CdSe/MoS2核壳结构薄膜电极的制备方法和应用
CN110205634B (zh) 一种ZnO/ZnS/CdS光阳极薄膜及其制备方法
CN106391055A (zh) ZnO/CdS/CuS纳米阵列复合材料的制备方法
CN108906080B (zh) 一种CdS/Cu2S/Co基光电催化材料及其制备方法
CN108922927B (zh) 一种稳定的化合物半导体太阳光分解水产氢电子器件、电极***及其制备方法
CN103943721A (zh) 一种铜锌锡硫薄膜及其制备方法和用途
CN106384669A (zh) 一种光电响应型碳量子点修饰氧化锌光阳极的制备方法
CN108193219B (zh) 磷化铜修饰二氧化钛光电极及其制备方法和在光电催化分解水中的应用
CN108335911B (zh) 一种太阳光分解水产氢微电子器件及其制备方法
CN114016077A (zh) 一种硫化镉-硫铟锌异质结纳米棒阵列复合材料及其制备方法
CN111041523A (zh) 一种铜掺杂二氧化钛光电极及其制备方法和在光电催化分解水中的应用
CN113293404B (zh) 一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用
CN107841763B (zh) 一种基于表面氢氧壳层调控的光电极及其制备方法
CN109133259A (zh) 一种利用光阳极活化硫酸盐处理废水并副产氢气的方法
CN105568309A (zh) 一种光电化学电池的光电极的制备方法
CN107937969A (zh) 一种GN‑Sb2Se3复合薄膜的制备方法
CN107268020A (zh) 一种Ta3N5薄膜的制备方法及Ta3N5薄膜的应用
CN114150338B (zh) 一种碳量子点和氮掺杂氮化碳共修饰的氧化锌光阳极及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant