[發明專利]一種方酸菁染料敏化的氧化鋅可見光催化劑制備方法及其應用

無效

• 申請號: 201310013813.X
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103071535A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 范宏偉;李忠玉;房永玲
• 申請（專利權）人: 常州浩瀚萬康納米材料有限公司
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種方酸菁染料敏化的氧化鋅可見光催化劑制備方法及其應用。

背景技術

隨著工業的迅速發展，環境污染問題日趨嚴重，使得生態環境日益惡化。各國政府都將環境污染治理作為頭等大事，紛紛投入巨資用于環境污染治理技術以及環境凈化材料等方面的研究。近年來發展起來的光催化技術是一項綠色的凈化環境技術，利用光催化劑，在紫外或可見光照射下可以將有機污染物完全礦化。因此光催化技術在環境治理方面得到了普遍的關注，尤其對于光催化材料的研究開發，已成為目前國內外研究的熱點。

氧化鋅是一種具有許多優越性能的寬禁帶（約為3.3eV）的半導體材料，也是目前被廣泛研究的環保材料，因其無毒、成本低等優點，被應用于光催化領域。它可以通過光輔助催化作用來將難降解的有機物最終氧化為二氧化碳和水等無機物，能夠去除水中幾乎所有的有機污染物。然而現在報道的氧化鋅光催化劑由于具有較寬的禁帶，只能在紫外區顯示光催化活性，而在太陽光譜中紫外光的占有率不到5%，波長為400-750nm的可見光占到43%左右。因此，為了有效地利用太陽光，研究在可見光下具有高效光催化活性的光催化材料就非常有意義。

為了解決上述問題,很多研究采用摻雜過渡金屬離子、貴金屬沉積、半導體復合等方法試圖提高其光催化效率,并使其對可見光的吸收閾值波長紅移,取得了較大的進展,但均未有實質性的突破。例如中國專利CN1660485公開了一種具有可見光活性的氧化鋅光催化劑及其制備方法，其特征是利用二水醋酸鋅和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇后制得。

發明內容

本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種太陽光利用率高、光催化效率高的方酸菁染料敏化的氧化鋅可見光催化劑,其組分包括方酸菁染料和氧化鋅。

本發明還提供了一種方酸菁染料敏化的氧化鋅可見光催化劑的制備方法，這種可見光催化劑按照下述步驟進行：

稱取質量比為1：2～3的Zn(Ac)₂.2H₂O和葡萄糖溶于去離子水中，超聲形成澄清溶液，將溶液轉入聚四氟乙烯高壓釜內膽中后，140～180℃水熱反應12～24h，冷卻至室溫后，將得到的黑色粉體分別用去離子水和無水乙醇進行多次離心洗滌，之后在60℃條件下干燥得到氧化鋅和碳的復合前驅體，將制得的前驅體置于馬弗爐中400～600℃煅燒3h即得氧化鋅微球。

將得到的上述納米氧化鋅微球與方酸菁染料和有機溶劑混合，有機溶劑與氧化鋅的質量比約為2：1，然后在30～50℃的溫度下，將上述混合物超聲處理0.5～2小時，然后將有機溶劑在減壓條件下去除，最后將得到的固體物在60℃下烘干，即可獲得方酸菁染料敏化的氧化鋅可見光催化劑。

其中所述的氧化鋅與方酸菁染料的質量比為100：0.5～5。

其中所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、氯仿中的一種。

其中所述的方酸菁染料的結構如結構式（1）所示：

結構式（1）

結構式（1）中取代基R₁為H、-(CH₂)_iM、-(CH₂)_iC₆H₄Z、C₁～C₁₂的烷基中的任意一個基團，其中M為COOH、OH、H中的任意一種基團，C₆H₄為苯環，Z為COOH、OH、NO₂、CH₃O、鹵素Cl、Br、I等任意一種基團，i為1～12的正整數。

所述的方酸菁染料敏化的氧化鋅可見光催化劑，該光催化反應可以在可見光或太陽光下進行，可用于空氣、土壤以及污水中有機污染物的光催化處理。

染料敏化是拓展半導體光響應范圍的一種方法，通過選擇合適的光敏化劑，使其通過化學或物理吸附的方法吸附于催化劑表面，在可見光照射下，吸附態光活性分子吸收光子后，被激發產生自由電子，然后激發態光活性分子將電子注入到半導體的導帶上，從而拓寬了半導體激發波長的范圍，使之能利用可見光降解有機物。

方酸菁染料具備了方酸衍生物和菁染料的優良特性，具有良好的光熱穩定性和化學穩定性，并在可見和近紅外區有很強的吸收帶和熒光發射峰，可以成為制備氧化鋅可見光催化劑的光敏劑分子。本發明以一類方酸菁染料作為光敏劑，實施了氧化鋅可見光催化劑的制備以及光催化降解有機物的應用。