[發明專利]一種高性能光催化納米材料

有效

• 申請號: 201810585078.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108754528B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 楊建輝
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高性能光催化納米材料，步驟1，將醋酸鋅加入至無水乙醇中，然后加入硫代乙酰胺，攪拌均勻，形成混合醇液；步驟2，將濃氨水通入至混合醇液中，密封超聲20?40min，然后回流反應4?8h，降溫后得到混合懸濁液；步驟3，將聚乙烯吡咯烷酮加入至混合懸濁液中，超聲反應2?4h，蒸干得到混合沉淀物；步驟4，將混合沉淀物加入至高溫反應釜中紅外加熱2?4h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化鋅/硫化鋅沉淀混合物；步驟5，將聚乙烯吡咯烷酮/氧化鋅/硫化鋅沉淀混合物加入至甲醇溶液中攪拌均勻，然后電解反應2?5h，反應結束后過濾洗滌得到硫化鋅/氧化鋅。本發明以共沉淀作為沉淀方法，以電解反應作為激活反應，且光催化劑可達到納米級別且可大規模的合成。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種高性能光催化納米材料。

背景技術

近幾十年來，隨著全球面臨的日益嚴重的能源危機和環境污染，氫能作為一種清潔、可再生、高燃燒值的二次能源而引起人們廣泛的關注，也被稱為“未來的石油”。不同于石油或煤炭燃燒會產生SO₂、CO₂等有毒物質，氫燃燒的產物是環境友好的水和熱。此外相較于時下的燃料(石油、甲烷、煤炭等)，在相同的質量時，氫能含有較大的能量(119KJ/g)，是汽油的3倍，再加上氫能易儲存和運輸，適應各種環境的需要。因此氫能將是極為理想的能源。從能源角度出發，利用太陽能分解水產生氫是將太陽能轉換為化學能，將取之不竭的太陽能通過分解水制氫，這個過程沒有污染物產生，而氫能在使用后也產生水，這是一種理想的良性循環，因此利用太陽能分解水制氫是一種可持續開發和利用的過程。在光催化分解水制氫過程中，最主要的問題是光催化劑的設計和制備。

傳統的光催化材料，如ZnO是一種典型的II-VI族的寬禁帶(3.37eV)半導體材料，其激子結合能達60meV，擁有許多獨特的物理及化學性能。而ZnO在水中受紫外光照射容易發生光腐蝕，或是由于其為兩性氧化物，在強酸或強堿溶液中容易發生溶解，在某種程度上限制了其應用。ZnS因其帶隙寬、化學穩定性好、無毒環保、成本低等特點而在光催化、光敏電阻、光學傳感器以及光致發光材料中得到了廣泛應用，有望成為新一代II-VI族半導體納米材料的主體。然而ZnS的帶隙寬度(3.6BeV)比ZnO的帶寬還大，導致其光響應范圍僅在紫外光區域。值得注意的是，理論計算和實驗結果都已證實，將ZnO與ZnS兩種寬帶隙半導體材料的結合可以得到一種新型的材料，而這種材料的光致激發閾值低于單純ZnO或ZnS兩種材料中的任何一種，并且可以提高光催化劑的光生電子-空穴對的分離。同時縮小異質結光催化劑的粒徑尺寸，可達到減小光生載流子遷移到催化劑表面平均自由程的效果，從而進一步提高光生電子-空穴對的分離效率，最終提高光催化活性，但納米級異質結制備困難。迄今為止，有多種ZnO/ZnS核/殼復合結構被合成出來。而納米級ZnO/ZnS異質結卻并未見報道。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種高性能光催化納米材料，以共沉淀作為沉淀制備方法，以電解反應作為激活反應，以現有技術相比，該方法制備的光催化劑可達到納米級別且可大規模的合成。

為實現以上技術目的，本發明的技術方案是：

一種高性能光催化納米材料，其制備方法如下：

步驟1，將醋酸鋅加入至無水乙醇中，然后加入硫代乙酰胺，攪拌均勻，形成混合醇液；

步驟2，將濃氨水通入至混合醇液中，密封超聲20-40min，然后回流反應4-8h，降溫后得到混合懸濁液；

步驟3，將聚乙烯吡咯烷酮加入至混合懸濁液中，超聲反應2-4h，蒸干得到混合沉淀物；

步驟4，將混合沉淀物加入至高溫反應釜中紅外加熱2-4h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化鋅/硫化鋅沉淀混合物；

步驟5，將聚乙烯吡咯烷酮/氧化鋅/硫化鋅沉淀混合物加入至甲醇溶液中攪拌均勻，然后電解反應2-5h，反應結束后過濾洗滌得到硫化鋅/氧化鋅。