[發(fā)明專利]鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310636925.0
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103657662A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 喬儒;殷巧巧;朱蘭蘭;吳文杰;李苗苗;童國秀
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B82Y40/00;B82Y30/00;C02F1/30
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發(fā)明涉及光催化納米材料、環(huán)境保護領域，特別是一種利用溶劑熱法工藝，制備具有可見光催化活性的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)的簡易方法。

背景技術

氧化鋅作為良好的半導體光催化劑，因其成本低廉、無毒、催化效率較高、結(jié)構(gòu)及性能相對穩(wěn)定等特點，在光催化領域具有很好的應用前景。但是因為其禁帶寬度達到3.2eV，吸收波長閥值大都在小于387nm的紫外光區(qū)，太陽光利用效率低。同時，載流子復合率高、量子效率低等缺點也限制了它的實際使用，使其催化效率還沒有達到工業(yè)應用水平。因此，必須發(fā)展能夠利用太陽光的可見光響應氧化鋅基光催化材料才能提高該類材料的應用價值。

目前通常利用非金屬氮摻雜或過渡金屬離子（如Co、Ni、Mn、Fe）摻雜來改變氧化鋅內(nèi)部電子空穴遷移速率，繼而提高產(chǎn)品對可見光的吸收能力及催化活性。因為氧化鋅晶體沿[0001]方向優(yōu)先生長習慣的制約，目前關于摻雜氧化鋅不同維度、形貌和結(jié)構(gòu)的報道主要集中于納米棒狀、棱柱狀或納米棒自組裝花狀結(jié)構(gòu)。有關復雜分級結(jié)構(gòu)的鎳摻雜氧化鋅的報道較少，而且形貌、結(jié)構(gòu)、比表面積、粒度分布以及摻雜比例對摻雜氧化鋅光催化活性的影響研究并不系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種具有可見光催化活性的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化材料，以克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷。

本發(fā)明的目的之二是提供一種簡便調(diào)控納米材料形貌、微觀結(jié)構(gòu)、尺寸、比表面積的方法，以制備具有可見光催化活性的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化材料。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料，是一種具有可見光催化活性的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料，其組分為：Zn_1-xNi_xO，式中x=0.5–10mol%。

所述的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料，其粒徑為80–300nm，比表面積3.0–23.0m²/g；形貌為空心球型、兩端尖角六棱柱型、類球型或二十面體型結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料的制備方法，其制備的是一種具有可見光催化活性的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料，其步驟包括：

（1）將鋅鹽、鎳鹽以及堿溶解于醇溶劑或醇/水混合溶劑中攪拌得到前驅(qū)體溶液，其中金屬離子總濃度為0.0625mol/L–0.25mol/L，堿的濃度為0.0625mol/L–2.5mol/L，醇溶劑或醇/水混合溶劑的使用量為20–30mL；

（2）將前驅(qū)體溶液置于50mL容量的高壓反應釜中，密封，160–200℃反應1.5–8h；

（3）反應完畢冷卻至室溫，產(chǎn)物用無水乙醇反復洗滌，60℃干燥2–6h，得到所述的材料，該材料的組分為：Zn_1-xNi_xO，式中x=0.5–10mol%。

本發(fā)明方法制備的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)光催化納米材料，其形貌為空心球結(jié)構(gòu)、二十面體結(jié)構(gòu)、兩端尖角六棱柱結(jié)構(gòu)或類球形結(jié)構(gòu)，其顆粒直徑為80nm–300nm，比表面積為3.0m²/g–23.0m²/g。

所述的鋅鹽為硝酸鋅或乙酸鋅。

所述的堿為氫氧化鋰或氫氧化鈉。

所述的鎳鹽為硝酸鎳或乙酸鎳。

所述的醇溶劑或醇/水混合溶劑為甲醇、乙二醇、甲醇/水或乙二醇/水混合溶劑。

本發(fā)明制備的鎳摻雜氧化鋅分級結(jié)構(gòu)納米材料，其在可見光催化降解羅丹明B或甲基橙有機染料水溶液中的應用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下的主要的優(yōu)點：