本發明公開了一種紫外寬頻納米半導體異質結材料的制備方法，屬于納米半導體異質結材料制備技術領域。
背景技術：
異質結是由兩種不同的半導體材料組成并具有不同于單一半導體性質的結構。納米異質結材料更是兼具有異質結構與納米材料的特性，使其具有更多的優點，比如納米異質結構相對于異質結構對兩種半導體的晶格匹配度要求不高，因此應用更為廣泛。納米異質結構廣泛應用于太陽能電池，傳感器，光催化制氫，環境保護等領域。半導體異質結構的光催化是基于不同半導體之間的光致電子和空穴在不同半導體之間的轉移來實現的，在紫外可見光的條件下，光敏劑與寬帶半導體同時被激發，光敏劑中的電子流入寬帶半導體中，寬帶半導體表面的電子濃度增大并可發生還原反應，寬帶半導體所產生的空穴轉移至光敏劑表面，由于光敏劑表面的空穴濃度增大，可在其表面發生氧化反應。在可見光條件下，由于寬帶半導體的導帶電位更正，因此，光致電子是由光敏劑轉移至寬帶半導體的導帶，由于寬帶半導體表面電子濃度增加而可發生還原反應，而由于光敏劑的價帶比寬帶半導體更負，空穴不能由光敏劑轉移至寬帶半導體，因此氧化反應只能在光敏劑上發生，從而將光致電子的還原與空穴的氧化反應分開來進行。
TiO2是最為常用的半導體光催化劑，但由于其量子產率比較低以及不能利用可見光等缺點而使其應用受到了很大限制。二氧化鈦光催化寬度較窄，無法利用可見光作為光源，作為光敏材料使用時適用范圍較窄，所以將TiO2與其他半導體組成異質結構，異質結的內建電場能夠阻止光致電荷的復合，提高量子效率，很有必要。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對現有的TiO2半導體催化劑光催化寬度較窄，無法利用可見光作為光源，作為光敏材料使用時適用范圍較小的問題，提供了一種通過將Zn（NO3）2與Al（NO3）3制備紫外插層水滑石，同時通過改性插層水滑石制備紫外寬頻納米半導體異質結材料，有效的使二氧化鈦光催化寬度提高，解決了現有的TiO2半導體催化劑光催化寬度較窄，無法利用可見光作為光源，作為光敏材料使用時適用范圍較小的問題。
為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：
（1）按質量比1:5，將對二甲氨基苯甲酸與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在室溫下靜置3～5h，制備得對二甲氨基苯甲酸堿化液，隨后按Zn2+：Al3+摩爾比2:1，將Zn（NO3）2與Al（NO3）3攪拌混合，制備得混合粉末，隨后按質量比1:10，將混合粉末與1mol/L氫氧化鈉攪拌混合，在室溫下靜置陳化3～5h，制備得納米鋅鋁混合液；
（2）在氮氣保護下，按體積比1:1，將上述制備的納米鋅鋁混合液與對二甲氨基苯甲酸堿化液攪拌混合并置于三口燒瓶中，在65～70℃下水浴20～24h，隨后過濾并收集濾渣，用85～90℃去離子水洗滌至淋洗液pH至7.0后，在65～70℃下干燥10～12h，制備得紫外改性插層水滑石材料，備用；
（3）按質量比1:10，將全氟辛酸銨與二氯甲烷攪拌混合，在200～300W下超聲振蕩處理15～20min，隨后在室溫下靜置陳化20～24h，制備得有機改性液，隨后按質量比1:5，將有機改性液與二氧化鈦顆粒攪拌混合，在45～50℃下水浴加熱2～3h，待水浴加熱完成后，再在65～70℃下旋轉蒸發至干，收集干燥顆粒，用去離子水洗滌3～5次，在65～70℃下干燥6～8h，制備得改性二氧化鈦顆粒；
（4）按質量比1:5，將步驟（2）制備的紫外改性插層水滑石材料與改性二氧化鈦顆粒攪拌混合并置于球磨罐中，在450～500℃下球磨3～5h，待球磨完成后，即可制備得一種紫外寬頻納米半導體異質結材料。
本發明的應用方法是：選取0.008～0.010g/mL的甲基橙廢水溶液，用1mol/L的硫酸溶液調節pH至3～4，在50～70℃下，將上述制備紫外寬頻納米半導體異質結材料添加至廢水中，投加量為450～500g/T，待投加后150min后，脫色率可達85～90%。
本發明的有益效果是：
（1）本發明制備的紫外寬頻納米半導體異質結材料在可見光下可對有機物進行降解，且降解時間縮短25～30%；
（2）本發明制作工藝簡單，且原材料易得，有效節約了制備成本。
具體實施方式
首先按質量比1:5，將對二甲氨基苯甲酸與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在室溫下靜置3～5h，制備得對二甲氨基苯甲酸堿化液，隨后按Zn2+：Al3+摩爾比2:1，將Zn（NO3）2與Al（NO3）3攪拌混合，制備得混合粉末，隨后按質量比1:10，將混合粉末與1mol/L氫氧化鈉攪拌混合，在室溫下靜置陳化3～5h，制備得納米鋅鋁混合液；在氮氣保護下，按體積比1:1，將上述制備的納米鋅鋁混合液與對二甲氨基苯甲酸堿化液攪拌混合并置于三口燒瓶中，在65～70℃下水浴20～24h，隨后過濾并收集濾渣，用85～90℃去離子水洗滌至淋洗液pH至7.0后，在65～70℃下干燥10～12h，制備得紫外改性插層水滑石材料，備用；按質量比1:10，將全氟辛酸銨與二氯甲烷攪拌混合，在200～300W下超聲振蕩處理15～20min，隨后在室溫下靜置陳化20～24h，制備得有機改性液，隨后按質量比1:5，將有機改性液與二氧化鈦顆粒攪拌混合，在45～50℃下水浴加熱2～3h，待水浴加熱完成后，再在65～70℃下旋轉蒸發至干，收集干燥顆粒，用去離子水洗滌3～5次，在65～70℃下干燥6～8h，制備得改性二氧化鈦顆粒；按質量比1:5，將紫外改性插層水滑石材料與改性二氧化鈦顆粒攪拌混合并置于球磨罐中，在450～500℃下球磨3～5h，待球磨完成后，即可制備得一種紫外寬頻納米半導體異質結材料。
實例1
首先按質量比1:5，將對二甲氨基苯甲酸與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在室溫下靜置3h，制備得對二甲氨基苯甲酸堿化液，隨后按Zn2+：Al3+摩爾比2:1，將Zn（NO3）2與Al（NO3）3攪拌混合，制備得混合粉末，隨后按質量比1:10，將混合粉末與1mol/L氫氧化鈉攪拌混合，在室溫下靜置陳化3h，制備得納米鋅鋁混合液；在氮氣保護下，按體積比1:1，將上述制備的納米鋅鋁混合液與對二甲氨基苯甲酸堿化液攪拌混合并置于三口燒瓶中，在65℃下水浴20h，隨后過濾并收集濾渣，用85℃去離子水洗滌至淋洗液pH至7.0后，在65℃下干燥10h，制備得紫外改性插層水滑石材料，備用；按質量比1:10，將全氟辛酸銨與二氯甲烷攪拌混合，在200W下超聲振蕩處理15min，隨后在室溫下靜置陳化20h，制備得有機改性液，隨后按質量比1:5，將有機改性液與二氧化鈦顆粒攪拌混合，在45℃下水浴加熱2h，待水浴加熱完成后，再在65℃下旋轉蒸發至干，收集干燥顆粒，用去離子水洗滌3次，在65℃下干燥6h，制備得改性二氧化鈦顆粒；按質量比1:5，將紫外改性插層水滑石材料與改性二氧化鈦顆粒攪拌混合并置于球磨罐中，在450℃下球磨3h，待球磨完成后，即可制備得一種紫外寬頻納米半導體異質結材料。
選取0.008g/mL的甲基橙廢水溶液，用1mol/L的硫酸溶液調節pH至3，在50℃下，將上述制備紫外寬頻納米半導體異質結材料添加至廢水中，投加量為450g/T，待投加后150min后，脫色率可達85%。
實例2
首先按質量比1:5，將對二甲氨基苯甲酸與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在室溫下靜置4h，制備得對二甲氨基苯甲酸堿化液，隨后按Zn2+：Al3+摩爾比2:1，將Zn（NO3）2與Al（NO3）3攪拌混合，制備得混合粉末，隨后按質量比1:10，將混合粉末與1mol/L氫氧化鈉攪拌混合，在室溫下靜置陳化4h，制備得納米鋅鋁混合液；在氮氣保護下，按體積比1:1，將上述制備的納米鋅鋁混合液與對二甲氨基苯甲酸堿化液攪拌混合并置于三口燒瓶中，在67℃下水浴22h，隨后過濾并收集濾渣，用87℃去離子水洗滌至淋洗液pH至7.0后，在67℃下干燥11h，制備得紫外改性插層水滑石材料，備用；按質量比1:10，將全氟辛酸銨與二氯甲烷攪拌混合，在250W下超聲振蕩處理17min，隨后在室溫下靜置陳化22h，制備得有機改性液，隨后按質量比1:5，將有機改性液與二氧化鈦顆粒攪拌混合，在47℃下水浴加熱3h，待水浴加熱完成后，再在67℃下旋轉蒸發至干，收集干燥顆粒，用去離子水洗滌4次，在67℃下干燥7h，制備得改性二氧化鈦顆粒；按質量比1:5，將紫外改性插層水滑石材料與改性二氧化鈦顆粒攪拌混合并置于球磨罐中，在475℃下球磨4h，待球磨完成后，即可制備得一種紫外寬頻納米半導體異質結材料。
選取0.009g/mL的甲基橙廢水溶液，用1mol/L的硫酸溶液調節pH至4，在55℃下，將上述制備紫外寬頻納米半導體異質結材料添加至廢水中，投加量為475g/T，待投加后150min后，脫色率可達87%。
實例3
首先按質量比1:5，將對二甲氨基苯甲酸與1mol/L氫氧化鈉溶液攪拌混合，在室溫下靜置5h，制備得對二甲氨基苯甲酸堿化液，隨后按Zn2+：Al3+摩爾比2:1，將Zn（NO3）2與Al（NO3）3攪拌混合，制備得混合粉末，隨后按質量比1:10，將混合粉末與1mol/L氫氧化鈉攪拌混合，在室溫下靜置陳化5h，制備得納米鋅鋁混合液；在氮氣保護下，按體積比1:1，將上述制備的納米鋅鋁混合液與對二甲氨基苯甲酸堿化液攪拌混合并置于三口燒瓶中，在70℃下水浴24h，隨后過濾并收集濾渣，用85℃去離子水洗滌至淋洗液pH至7.0后，在70℃下干燥12h，制備得紫外改性插層水滑石材料，備用；按質量比1:10，將全氟辛酸銨與二氯甲烷攪拌混合，在300W下超聲振蕩處理20min，隨后在室溫下靜置陳化24h，制備得有機改性液，隨后按質量比1:5，將有機改性液與二氧化鈦顆粒攪拌混合，在50℃下水浴加熱3h，待水浴加熱完成后，再在70℃下旋轉蒸發至干，收集干燥顆粒，用去離子水洗滌5次，在70℃下干燥8h，制備得改性二氧化鈦顆粒；按質量比1:5，將紫外改性插層水滑石材料與改性二氧化鈦顆粒攪拌混合并置于球磨罐中，在500℃下球磨5h，待球磨完成后，即可制備得一種紫外寬頻納米半導體異質結材料。
選取0.010g/mL的甲基橙廢水溶液，用1mol/L的硫酸溶液調節pH至4，在70℃下，將上述制備紫外寬頻納米半導體異質結材料添加至廢水中，投加量為500g/T，待投加后150min后，脫色率可達90%以上。