[發明專利]一種具有多通道載流子分離功能的異質光催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201610135608.4
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105749897A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 紀紅兵;孔潔靜;芮澤寶;賴曉冬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01D53/72;B01D53/86
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所 44229
• 代理人: 姜若天

技術領域

本發明涉及光催化材料技術領域，具體地說，涉及一種具有多通道載流子分離功能的異質光催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

在消除環境污染物方面，光催化降解反應能耗低，凈化效率高，是最有應用前景的技術之一。但目前光催化技術也還存在一些亟待解決的技術問題，比如傳統光催化劑如TiO₂的光生電子-空穴對快速復合導致光催化劑的量子產率低。因此，以促進光生電子-空穴對分離為目的異質結光催化劑的研發和利用一直是光催化領域內的重點研究對象。

對傳統TiO₂進行貴金屬沉積、石墨稀復合、其它半導體復合，構筑新的異質結，提高光生載流子分離效率，從而提升其光催化活性，是目前常用的設計手段。由于ZnO的低成本、無毒和高光催化活性，在銳鈦礦TiO₂上負載ZnO引起了廣泛關注。Kim等人(Int.J.HydrogenEnerg.,2007,32,3137-3140)通過溶膠-凝膠旋轉噴涂法制備ZnO-TiO₂納米多孔膜，報道指出TiO₂膜負載ZnO后其光催化活性提高了，但隨著ZnO膜厚度的增加，其光電流和光催化苯酚的活性都有所降低。Lei等人(J.Phys.Chem.C,2009,113,19067-19076)通過多步水熱法在TiO₂納米管上嫁接ZnO納米棒，不僅擴大了光響應范圍，還有效降低了載流子的復合率，另外由于ZnO提供了有效通道轉移TiO₂的光生空穴，其光腐蝕性得到了抑制，并且提高了ZnO/TiO₂的穩定性。但這些通過多步法將兩類相關性不大的材料復合而成，一是制備流程復雜，二是復合材料各組分之間很難充分交織形成利于電子和空穴分離的相界面，三是大多數報道的ZnO/TiO₂光催化活性仍比由銳鈦礦和金紅石相(4/1，W/W)組成的商業P25顆粒的活性低，性能仍需進一步提高以滿足其在光催化領域中的應用。

發明內容

針對上述光催化領域所面臨的問題，本發明提供了一種具有多通道載流子分離功能和性能穩定的異質光催化劑及其制備方法，并用于光催化降解有機廢氣。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有多通道載流子分離功能的異質光催化劑，所述異質光催化劑是由ZnO和混合相二氧化鈦P25組成，以催化劑的重量為100％計，ZnO的質量分數為0.1％～10.0％，余量為二氧化鈦P25。

上述異質光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)配置鋅鹽水溶液；

(2)將P25粉末分散在溶液中；

(3)干燥、煅燒得到ZnO/P25異質光催化劑。

作為優選的，在上述制備方法中，步驟(1)中所述鋅鹽為醋酸鋅或者硝酸鋅中的一種，鋅鹽在溶液中的質量分數為0.1％～30％

作為優選的，在上述制備方法中，步驟(3)中所述干燥過程，是指在80～120℃的空氣氛圍內恒溫干燥6～24h；所述煅燒過程，是指在煅燒溫度為300～900℃的空氣氣氛中煅燒3～12h。

上述異質光催化劑在光催化降解空氣中有機污染物中的應用。指的是其在室溫下，作為紫外光催化劑的應用。所述紫外光催化劑對單體小分子有機物都具有一定的催化效能，可用于降解空氣中有機污染物物，如甲醛、甲苯等。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:

本發明的具有多通道載流子分離功能的ZnO/P25異質光催化劑的制備方法為一步浸漬法，ZnO作為復合相組分，均勻分散在催化劑中，兩相之間充分交織在一起，能有效分離P25受紫外光激發產生的電子-空穴，ZnO/P25異質光催化劑表現出比純相P25更優異的光催化性能。此外，由于P25本身具有銳鈦礦/金紅石異質結，與ZnO復合，形成三相異質結(見圖1)，提供多通道分離載流子(見圖2)，促進光催化反應。用于低濃度甲苯有機氣體的紫外光催化反應時，可以在室溫條件下將體系中甲苯完全氧化為二氧化碳和水。本發明的制備方法簡單，制備條件溫和，操作方便，便于工業放大生產。

附圖說明

圖1為實施例1的HRTEM圖；

圖2為ZnO/P25異質結中多通道分離載流子機理圖。

具體實施方式

實施例1：