[發明專利]可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210004993.0
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102580720A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 陳海群;黃靜;何光裕;施健;付永勝;李丹;孫小強;汪信
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/18
• 分類號: B01J23/18
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 王美華

技術領域

本發明涉及一種可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著全球環境惡化問題日益突出，對環境污染的有效控制與治理已成為一個迫切需要解決的重大問題。光催化技術作為一種高效、綠色、無污染的環境治理技術得到了科學家的廣泛關注。

氧化鋅作為一個禁帶寬度為3.36eV的高效半導體光催化劑受到了廣泛的研究，但其只對紫外光有響應，從充分利用太陽能的角度，制備一種在可見光下有高效光催化活性的催化劑具有重大的現實意義。而關于氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑則沒有報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高光催化活性的可見光響應的納米氧化鋅-氧化復合光催化劑及其制備方法，該光催化劑既可以提高氧化鋅對可見光的吸收，又降低了電子-空穴對的復合幾率，有效提高了對有機污染物的降解能力。

本實驗發明的目的技術解決方案為：一種納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑，其特征在于：由質量比為1∶0.05～1∶0～2的納米氧化鋅、氧化鉍和氧化石墨烯復合而成。

當氧化石墨烯含量為0時包括以下步驟：將水溶性鋅鹽、鉍鹽和尿素在水中攪拌溶解；混合液加熱進行共沉淀反應，所得產物離心分離，用去離子水洗滌，干燥，煅燒后獲得可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍復合物光催化劑。

當氧化石墨烯含量不為0時制備方法步驟如下：

第一步，將氧化石墨在水中超聲分散制得氧化石墨烯分散液；

第二步，將水溶性鋅鹽、鉍鹽和尿素在水中攪拌溶解；混合液加熱進行共沉淀反應，所得產物離心分離，用去離子水洗滌，干燥，煅燒后獲得可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍復合物光催化劑；

第三步，將第二步得到的產物與氧化石墨烯進行混合并加熱攪拌，所得的產物離心分離，用去離子水洗滌，干燥后獲得可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍-氧化石墨烯復合光催化劑。

作為無機粉體的納米材料，其表面含有大量親水基團，具有很大的比表面能和表面活性，在水溶液中很容易發生團聚，從而在一定程度上影響光催化效率，同時，光激發后產生的電子與空穴快速的復合也是影響光催化活性的一個重要原因。以石墨烯為模板在其表面沉積氧化鋅和氧化鉍復合物，提高了光催化劑的吸附性能并且有效的分離了光生電子與空穴。

作為優選，鋅鹽為鋅的氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽或硫酸鹽，鉍鹽為鉍的硝酸鹽或亞硝酸鹽，其中鋅、鉍和尿素的摩爾比為1∶0.02～0.34∶1.10～1.40。

作為優選，共沉淀反應溫度為90-95℃，煅燒溫度為300～700℃。

作為優選，第三步中的加熱反應溫度為70-80℃。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：(1)采用鋅鹽、鉍鹽和尿素共沉淀反應制備的納米氧化鋅-氧化鉍復合物與單獨使用氧化鋅、氧化鉍相比催化性能顯著提高；(2)采用氧化石墨烯為模板，在其表面沉積納米氧化鋅-氧化鉍復合物，提供了比較大的比表面積和更多的活性中心，提高了催化劑的吸附性能，使光生電子和空穴能夠有效的分離，從而提高光催化活性；(3)擴展了氧化鋅在可見光范圍的吸收，大大提高了對太陽光的利用率。

附圖說明

圖1為實施例1所制得納米氧化鋅和納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑的XRD圖。

圖2為實施例1所制得納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑在可見光下對亞甲基藍降解率圖。

圖3是本發明可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑的制備方法示意圖。

具體實施方式

實施實例1：本發明可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將硝酸鋅、硝酸鉍和尿素在分別水中攪拌溶解，硝酸鋅、硝酸鉍和尿素的摩爾比為1∶0.02∶1.10，混合液進行共沉淀反應，反應溫度為90℃，反應時間為8小時，所得產物離心分離，用去離子水洗滌，60℃干燥12小時，300℃煅燒3小時后獲得納米氧化鋅-氧化鉍復合物。

經X-射線衍射(XRD)表征，所制得的產物為纖鋅礦氧化鋅(JCPDS，36-1451)，與納米氧化鋅相比，納米氧化鋅-氧化鉍復合物中氧化鋅的特征峰更加尖銳，這表明氧化鉍的加入使得氧化鋅的結晶化程度增加。當亞甲基藍溶液濃度為10mg/L，可見光催化反應進行4h后，降解率可達80.33％(圖2)

實施實例2：本發明可見光響應的納米氧化鋅-氧化鉍-氧化石墨烯復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

第一步，氧化石墨的制備。將石墨通過硝酸、硫酸等強氧化劑氧化制備氧化石墨。