[發明專利]一種高效光電轉換和光催化性能的Zn-Cr-O/TiO2-NTs復合氧化物的制備與應用

有效

• 申請號: 201710440727.5
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107287616B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 張麗;戴超華;閻建輝;梁青滿;黃楊;楊鵬
• 申請（專利權）人: 湖南理工學院
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04;C25D11/26
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本發明公開了一種高效光電轉換和光催化性能的Zn?Cr?O/TiO₂?納米管（NTs）復合氧化物的制備方法。具體制備方法如下：通過電化學工作站控制氧化電壓和時間，在低級醇類、氟化物和超純水配制的電解液中經陽極氧化法制備前驅體，并將其進行程序升溫焙燒，得到TiO₂?NTs。將TiO₂?NTs浸入物質的量比為(1.0～7.0):1.0硝酸鋅和硝酸鉻混合液，采用陰極沉積和電化學氧化技術于TiO₂?NTs上負載Zn?Cr?O復合物氧化物，將沉積樣品焙燒，得到光電轉換和光催化性能優良的Zn?Cr?O/TiO₂?NTs復合氧化物材料。

技術領域

本發明屬于新材料及其制備技術領域，涉及一種TiO₂納米陣列管上（NTs）負載ZnO/ZnCr₂O₄（Zn-Cr-O）復合氧化物材料的制備方法，它在模擬太陽光照射下有良好的光電轉換及光催化性能。

背景技術

自進入20世紀以來，隨著經濟的發展和自然資源的過度開發，人類在享用著科技帶來的福利時，也因自己的行為經受著環境變化和自然資源消耗殆盡帶來的惡果。近年來，環境破壞和能源危機是人類社會所面臨的兩大嚴峻問題，各個國家已經制定了針對此問題的相關法則，提出了可持續發展可再生能源的目標與途徑，把各種低碳和無碳等可再生能源作為持續發展的重點，主要包括太陽能、水能、風能、地熱能、生物質能和海洋能等。相對于其它能源而言，太陽能具有諸多優點。太陽能可利用量巨大，且壽命長，開發太陽能成為人類解決化石能源枯竭的最有效途徑之一；太陽能隨處可見，具有普遍性，世界上大部分區域都可以就地取用；太陽能的開發利用幾乎不產生任何污染，是一種高度清潔的能源。因此21世紀中后期，太陽能的利用將要占據首要地位。光催化技術可利用太陽能將難分解的有機物和無機物污染物降解成無害的小分子或還原成無毒的金屬離子；也可以在太陽光作用下分離水產氫或產氧。這樣既能降低污染物對環境的影響，又能通過光能轉換成氫能源，提出了解決能源短缺的一個有效途徑。

利用電化學陽極氧化法合成的TiO₂-NTs在太陽能電池、光清潔污水、清潔空氣、氣體傳感器、催化劑和變色元件等許多的領域得到廣泛應用。TiO₂-NTs被作為光電極時，能表現出較高的光催化活性，主要原因是TiO₂-NTs的管狀結構能夠極大地促進光生電子和空穴的高效分離，從而促進電荷收集效率。而且管狀的TiO₂-NTs在太陽光的照射下，吸收的光子在進入納米管后被不斷地循環吸收和反射，從而能有效的提高光的利用率。然而，銳鈦礦型TiO₂的帶隙較寬，使其在可見光吸收上有很大的局限性，只能吸收太陽光中的紫外光部分，而紫外光部分只占太陽光的3-5%。為了對TiO₂進行性能優化，使其在可見光區域有吸收作用，科研工作者做了大量的研究。例如，通過化學沉積過渡元素、非金屬原子摻雜、貴金屬的負載和形成異質結等來實現其可見光區域的響應。

本發明采用了一種具有相對禁帶較窄的無機半導體復合材料Zn-Cr-O通過陰極沉積技術負載到TiO₂-NTs內、外形成復合氧化物異質結，有效的提高光響應能力和光生電荷分離能力，從而提高復合氧化物的光催化活性，在光電轉化性能和光催化應用方面具有很好的前景。

發明內容