[發明專利]一種ZnO/CoP復合納米光催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201711214672.2
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107983379A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 戚克振;王瑞丹
• 申請（專利權）人: 沈陽師范大學
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙)21229
• 代理人: 甄玉荃

技術領域

本發明屬于無機復合納米催化材料制備技術領域，具體涉及一種CoP納米顆粒修飾ZnO納米粉體的復合納米催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著全球工業的發展，大量有機污染物排放到水中，已經威脅到了人類的健康，這種情況引起了科學家廣泛的關注。目前，以ZnO為代表的傳統半導體納米晶光催化劑受到了廣泛關注，由于其具有凈化空氣、降解有機物、抗菌、自清潔等優勢，并且成本低、光化學性質穩定、無二次污染，這對解決目前污染治理、節能減排等重大社會關切問題具有重要意義。

然而，ZnO的禁帶寬度(約3.2～3.4eV)較大，只能對波長＜387nm的太陽光進行有效吸收，這部分只占太陽光譜總能量不到10％，而對其余占太陽光總能量＞90％的可見光和紅外輻射卻無法利用。同時，ZnO納米晶光催化劑的光致電荷分離態(電子-空穴對)易于復合，導致光量子效率降低，通常不會超過10％。這兩點使得傳統ZnO光催化技術的總體效率非常有限，極大的限制了其推廣應用。

窄禁帶半導體修飾技術可以有效擴展半導體納米晶的光譜響應范圍，提高光致電荷分離的量子產率，從而優化其光催化效率。CoP是一類性能優異的窄帶半導體，具有下列特點：1)較寬的光譜響應范圍，從而具有很好的吸光能力； 2)較小的電子重組能和較強的給電子能力，從而可以提高納米晶界面的電荷分離能力，提高光能利用效率；3)較高的光穩定性、化學穩定性和熱穩定性，保證較長的使用壽命和復雜環境適應性。

上述特點表明CoP特別適合于作為ZnO納米晶的修飾劑，用于復合光催化功能材料的制備，是一種有效的提高光催化劑的重要方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種ZnO/CoP復合納米光催化劑及其制備方法。本發明通過窄帶半導體CoP修飾的方式可以在一定程度上解決目前ZnO存在的光電 -空穴復合率高、光量子效率低等問題，提高ZnO的可見光響應性和光催化活性。同時該復合光催化劑的制備方法簡單，工藝條件易調控，成本低，易于工業生產和推廣應用。

一種ZnO/CoP復合納米光催化劑，該復合納米光催化劑的組分含有ZnO納米粉體和CoP納米顆粒，所述CoP與ZnO的質量比為1.0～5.0:100，具有復合納米結構。

所述CoP負載在ZnO表面，CoP在ZnO表面的負載量為1％～5％。

ZnO/CoP復合納米光催化劑的尺寸介于200～400nm范圍。

一種ZnO/CoP復合納米光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用水熱法制備ZnO納米粉體

首先，取0.5485～1.097g醋酸鋅，0.315～0.63g氫氧化鈉和10～20mL水，置于燒杯中，劇烈攪拌10min之后轉移至反應釜中，加熱12～24h，將反應后得到的固體粉末通過水和乙醇反復洗滌，將洗滌后的固體粉末在溫度為60～70℃加熱干燥3～6h后得到ZnO納米粉體。

(2)配制敏化液

稱取二水氯化亞錫0.5～1g，超聲溶解在2.5～5mL鹽酸中加蒸餾水定容至 0.5～1L配成敏化液。

(3)配制活化液

稱取氯化鈀0.05～0.1g，超聲溶解在0.5～1mL鹽酸中加蒸餾水定容至1L配成活化液。

(4)配制鍍液

稱取六水氯化鈷0.5945～1.189g，次亞磷酸鈉2.12～4.24g，甘氨酸1.126～2.252g 于容器中，加蒸餾水80mL，待完全溶解后，加入氫氧化鈉溶液，調節溶液pH 值為11，并轉移到100mL容量瓶后作為鍍液待用。

(5)制備CoP負載ZnO納米復合材料

將步驟(1)得到ZnO納米粉體和步驟(4)得到的鍍液混合，超聲，攪拌，均勻后，水浴加熱60℃，反應3～5h。將得到的產物用蒸餾水和乙醇交替離心洗滌。然后在真空環境下，溫度為60～70℃溫度范圍內干燥3～5h，進行干燥，以保證將ZnO/CoP樣品得到了充分干燥。

作為優選的，一種ZnO/CoP復合納米光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用水熱法制備ZnO納米粉體

首先，稱取1.097g醋酸鋅和0.63g氫氧化鈉置于燒杯中，加入20mL水，劇烈攪拌10min之后轉移至反應釜中，加熱24h，將反應后得到的固體粉末通過水和乙醇反復洗滌，將洗滌后的固體粉末在溫度為70℃加熱干燥3h后得到ZnO 納米粉體。

(2)配制敏化液

稱取二水氯化亞錫1g，超聲溶解在5mL鹽酸中加蒸餾水定容至1L配成敏化液。