[發明專利]銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911105962.2
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110801837B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 劉軻;王棟;劉迎;萬雨彩;郭啟浩;程盼;程芹;劉瓊珍;王雯雯;魯振坦
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: B01J23/66
• 分類號: B01J23/66;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/32;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

本發明提供了一種銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑及其制備方法和應用。首先制備含鋅無機鹽、均苯三甲酸和氫氧化鈉的均相溶液，通過液相共沉淀法得到棒狀金屬有機框架；然后進行高溫煅燒處理，得到負載有氧化鋅的中空碳骨架；最后在其表面吸附硝酸銀后進行光輻照還原，制備得到銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑。本發明制備得到的銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑在紫外光或可見光照射條件下，將其應用于甲基藍、4?硝基苯酚和阿莫西林的降解以及大腸桿菌的滅活，光催化降解效率均能達到97.5％以上，解決了現有技術中光催化劑催化效率不高的問題。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，尤其涉及一種銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

作為光催化降解技術的關鍵，光催化劑的選擇的重要性不言而喻。其中，氧化鋅(ZnO)是一種新型寬禁帶直接帶隙II-VI族半導體材料，禁帶寬度在3.2～3.41eV左右，透過率高，并具有力學性能高、無毒、化學性能穩定等特性。ZnO的能帶結構與TiO₂相似，在紫外光照射下，ZnO薄膜可以產生電子-空穴對，在薄膜表面形成強的氧化-還原體系，對空氣或水溶液中的有機物污染源進行氧化降解。因此，ZnO可以作為一種很有前途的光催化材料。

但是，由于半導體光催化劑在光催化過程中，光生電子與空穴的高復合率嚴重影響其光催化效率，因此，ZnO作為光催化劑的催化效果仍不夠理想。除此之外，光催化反應主要發生在催化劑與有機污染物的表面，ZnO光催化能力的大小與自身的形貌結構有很大的關系。現已有許多方法可以制備出各種形貌的ZnO，如納米棒、納米花、納米線等，但這些形貌的ZnO往往比表面積較小，影響ZnO晶體的光催化效能，并且制備出的大部分ZnO不能提供多的活性反應位點。因此，如何實現增大ZnO的比表面積，增加光催化反應中的活性反應位點，并且抑制ZnO的光生電子和空穴復合率，是提高ZnO光催化活性的要求之一。

多孔碳材料具備高孔隙率、高比表面積和良好的吸附性能，若能將光催化劑錨定在多孔碳材料上，不僅能有效提高有機污染物與催化劑的接觸面積，從而提高光催化效率；還能有效提高催化劑的可回收性，避免二次污染。同時，可通過碳中空半導體氧化物擴展其光譜響應范圍，這將能夠獲得具備紫外-可見光響應的高效易回收的光催化劑。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑及其制備方法和應用，通過液相共沉淀法及高溫煅燒處理，得到負載氧化鋅的中空碳骨架，然后在其表面吸附硝酸銀后進行光輻照還原，制備得到銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑，具有高比面積和高效協同光催化的優點，解決了現有技術中氧化鋅光催化劑催化效率不高的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑，包括中空碳骨架以及負載于所述中空碳骨架上的氧化鋅納米晶和銀納米顆粒；所述中空碳骨架由棒狀主體以及分布于所述棒狀主體表面的毛刺狀納米棒組成；所述棒狀主體的直徑為2～6μm，所述毛刺狀納米棒的直徑為100～200nm。

進一步的，所述銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑在紫外光或可見光照射條件下，光催化降解效率≥97.5％。

一種以上所述的銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1.將預設摩爾比的均苯三甲酸、氫氧化鈉和含鋅無機鹽溶于去離子水和無水乙醇的混合溶劑中，超聲反應預設時間后，依次進行離心、洗滌和干燥處理，得到棒狀金屬有機框架；

S2.將步驟S1所述棒狀金屬有機框架按預設升溫速率升溫至預設溫度，進行高溫煅燒處理，冷卻后得到負載有氧化鋅的中空碳骨架；

S3.制備預設質量濃度的硝酸銀溶液，按預設質量比將步驟S2所述負載氧化鋅的中空碳骨架加入所述硝酸銀溶液中，分散均勻后進行光輻照處理，然后依次進行離心、洗滌和干燥處理，得到所述銀/氧化鋅/碳中空復合光催化劑。