[發明專利]一種ZnO/Au/MnOx

有效

• 申請號: 201911384496.6
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111001407B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 黃綿麗;連佳鳳;劉平;陳崇城;牟雪萍;陳杰鴻
• 申請（專利權）人: 泉州師范學院
• 主分類號: B01J23/68
• 分類號: B01J23/68;C02F1/32;C02F101/30;C02F101/38;C02F103/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明提供了一種ZnO/Au/MnO_x光催化劑的制備方法，采用光沉積法，通過光還原反應將Au³⁺還原成金屬粒子，通過光氧化反應將Mn(NO₃)₂氧化成MnO_x，將Au和MnO_x分別沉積在ZnO的{0001}和{10ī0}晶面，有利于載流子的空間分離，具有一定的協調作用，從而大大地提高樣品的光催化性能。

技術領域

本發明屬于光催化領域，具體涉及通過光沉積法，將導電子型和導空穴型助催化劑分別沉積在ZnO的{0001}和{10ī0}晶面，晶面間載流子的遷移有助于光生電子和空穴的自發分離，從而極大地提高ZnO的光催化性能。

背景技術

近年來，隨著工農業的迅猛發展，人類面臨著越來越嚴峻的環境和能源問題。而光催化能夠利用太陽能將大氣或水體中的污染物分解，同時也能將太陽能轉換為氫能和電能，對于解決能源和環境問題具有戰略意義，因此受到各國科學家的廣泛關注。但是，目前光催化技術主要瓶頸是光催化過程中能量轉換效率不高。而制約能量轉換效率的一個關鍵因素是光生載流子的分離效率。光生載流子的分離效率會極大的影響催化劑的光催化活性，制約催化劑光催化活性的一個非常重要的因素就是光生電子和空穴的復合。載流子有效地遷移到晶體的表面，是發生光催化氧化還原反應的必要條件。所以深入地研究載流子分離和遷移到活性晶面的路徑對于構建高效的光催化劑意義重大。

光化學標記法是表征半導體載流子分離路徑的一種有效手段。通常助催化劑可以分為導空穴型（PbO₂，MnO_x）和導電子型（Ag，Pt，Au）。在光照條件下，導空穴型助催化劑金屬離子前驅物，作為電子供體，經過氧化反應沉積在催化劑的某個晶面上；而導電子型助催化劑金屬離子前驅物，可以用作電子受體，發生還原反應，沉積在催化劑的不同晶面上，從而在不同的晶面構建一個氧化還原體系，利用晶面空間驅動，有效地促進光生載流子的分離。

ZnO作為最重要的光催化劑之一，不同晶面間的協同作用還未有報道。所以本發明采用光化學標記法表征ZnO不同晶面的光催化還原和氧化的位點，深入研究氧化鋅晶面間氧化還原位點的空間分離和載流子的遷移路徑，構建高效的異質結光催化劑, 并可應用于染料廢水降解。

發明內容

本發明的目的在于將導電子型和導空穴型助催化劑分別沉積在ZnO的{0001}和{10ī0}晶面，利用晶面間載流子的遷移驅動光生電子和空穴的自發分離，從而極大地提高ZnO的光催化性能，并應用于降解印染廢水。

為實現上述目的，本發明首先是制備暴露主要晶面為{0001}和{10ī0}的ZnO六方柱，具體采用如下技術方案：

步驟1：將2.0-10.0g Zn(AC)₂·2H₂O和1.0-5.0g 六亞甲基四胺（HMTA）溶解于20-100 mL去離子水中，攪拌一段時間；

步驟2：將混合溶液移入聚四氟乙烯反應釜中，并在60-120℃保溫12-36小時；

步驟3：步驟2所得沉淀用去離子水和無水乙醇洗滌數次后，在60-80 ℃條件下烘干12-24小時，即得暴露晶面的六方柱狀ZnO，六方柱狀ZnO暴露的主要晶面為{0001}和{10ī0}晶面；

步驟4：晶面選擇性光沉積，具體采用如下技術方案：取0.1-1.0 g步驟3制備的六方柱狀ZnO和一定量的HAuCl₄，其中HAuCl₄的質量為ZnO的1％～20％，分散在20-60mL去離子水中，懸浮液超聲分散一段時間，然后在暗反應條件下磁力攪拌30分鐘，接著在紫外光條件下光沉積2-8小時，采用去離子水離心洗滌懸浮液，在60-80 ℃條件下烘干12-24小時，即得ZnO/Au光催化劑；