[發明專利]一種納米尺度海膽狀TiO2/ZnO光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710096424.6
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106902801B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 項曉波;于洋;吳進明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

本發明公開的納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑，在TiO₂納米顆粒團聚成的納米微球外層分布有ZnO納米棒，其中，TiO₂為銳鈦礦相結構，ZnO為六方纖鋅礦結構。其制備方法包括：將配置的醋酸鋅的甲醇溶液和氫氧化鉀的甲醇溶液混合，制得ZnO溶膠；將TiO₂納米粉體分散于ZnO溶膠中，在TiO₂表面包覆ZnO籽晶層，洗滌分離出粉體；再將該粉體加入到含有硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液中，誘導沉積ZnO納米棒。本發明的納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑極大地提升了材料的比表面積和載流子分離效率，其光催化性能優于商業德固賽P25納米粉。

技術領域

本發明涉及一種納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑及其制備方法，適用于光催化降解污染物、光電催化產氫及染料敏化太陽能電池等，屬于環保能源領域。

背景技術

半導體材料在光催化領域及能源領域具有廣泛的應用。其中，TiO₂和ZnO因其價格低廉、制備簡單、生物相容性好、無毒無害，受到了廣泛關注。但這兩種材料都有一定的劣勢，例如禁帶寬度較大，只能響應紫光波段；較快的光生電子-空穴對的復合速率，光量子效率低等。

優化材料自身的納米形貌、與其他半導體進行復合是兩種有效提升材料光催化性能的改性方法。一維納米結構可以成為光生載流子移動的快速通道，同時分支結構可以提升材料比表面積，增加光的散射，從而作為接收光子的主要部分，促進對光子的吸收；不同半導體之間的復合，會因為兩種半導體導帶和價帶位置的不同，使得電子向導帶能量低的半導體流動，相應地，空穴向價帶能量低的半導體流動，抑制光生電子-空穴對的復合，進而提升材料的光量子效率。

目前已有相關技術可以實現TiO₂/ZnO復合光催化劑的制備，但所得粉體為微米級，不利于光催化性能的充分發揮。例如，Zahid Ali [Zahid Ali, et al., J. Mater.Chem. A, 2014, 2, 6474-6479. ]和Pengfei Cheng [Pengfei Cheng, et al.,Mater.Lett., 2016, 175: 52-55. ] 等人采用籽晶誘導水熱技術，在TiO₂微米球表面沉積ZnO，最終得到的海膽狀微球直徑分別為1-1.5 μm和1.5-2 μm，尺寸較大。目前還沒有采用納米尺寸TiO₂粉體作為誘導形核體生長出納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑及其相應制備方法的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑及其制備方法。

本發明的納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑，其特征是：在TiO₂納米顆粒團聚成的納米微球外層分布有ZnO納米棒，其中，TiO₂為銳鈦礦相結構，ZnO為六方纖鋅礦結構，TiO₂納米顆粒的粒徑為5~10 nm。

上述的TiO₂納米顆粒團聚成的納米微球的直徑為200~600 nm，ZnO納米棒的直徑為20~40 nm，長度為100~600 nm。

納米尺度海膽狀TiO₂/ZnO光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1）分別配置濃度為2.14g/L醋酸鋅的甲醇溶液和濃度為1.67g/L氫氧化鉀的甲醇溶液，將醋酸鋅的甲醇溶液和氫氧化鉀的甲醇溶液按體積比2:1混合，在60℃下攪拌1 h~3h，取出冷卻，靜置得到ZnO溶膠；

2）按每升ZnO溶膠中加入0.2~0.8g TiO₂納米粉體，將TiO₂納米粉體分散于步驟1）所得的ZnO溶膠中，然后洗滌分離出粉體；