[發(fā)明專利]一種在可見光照射下具有優(yōu)異光催化性能的棒狀鈰摻雜氧化鋅與石墨烯復(fù)合材料光催化劑

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010040052.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN111644170A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李錦;王亞男;王倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/10
• 分類號(hào): B01J23/10;B01J35/02;B01J23/06
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本發(fā)明公開了在可見光照射下具有優(yōu)異光催化性能的棒狀鈰摻雜氧化鋅與石墨烯復(fù)合材料光催化劑的制備方法與流程,屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)采用一步水熱法依次合成了氧化鋅、不同摻雜濃度的鈰摻雜氧化鋅與石墨烯復(fù)合材料光催化劑粉體，探究了最佳摻比濃度（摻鈰質(zhì)量比為2%）并對(duì)樣品進(jìn)行了測(cè)試與表征。本發(fā)明的特點(diǎn)是：光催化劑制備方法簡(jiǎn)單，高催化效率，成本低，產(chǎn)率高，無污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，涉及鑭系元素鈰摻雜N型半導(dǎo)體氧化鋅與石墨烯復(fù)合材料的制備及其光催化性能的研究，研究了鈰摻雜氧化鋅與石墨烯復(fù)合材料和純氧化鋅光催化性能的差異，并探究了鈰的摻比濃度對(duì)光催化性能的影響。

背景技術(shù)

作為最具前景的光催化基礎(chǔ)材料，氧化鋅（ZnO）具有無毒、無臭、無味、成本低和制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，由于其較寬的帶隙（3.37eV）和較大的激發(fā)結(jié)合能（60meV），使其在催化劑、氣敏元件、壓敏器件、電池、表面聲波器件、量子自選電子器件、發(fā)光二極管等領(lǐng)域具有巨大潛力。然而，由于ZnO光生電子-空穴對(duì)重組率高、可見光區(qū)的吸收能力差等自身缺陷，導(dǎo)致了其光催化性能達(dá)不到預(yù)期效果，大大降低了在光催化領(lǐng)域的利用率。因此需要拓寬ZnO的光響應(yīng)范圍，提高光生電子空穴對(duì)的分離效率是改善氧化鋅光催化性能的途徑。目前，為提高ZnO光催化活性，主要有金屬離子摻雜、貴金屬復(fù)合、半導(dǎo)體復(fù)合等方式。摻雜可以在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間引入新的中間能級(jí)以降低吸收能。此外，摻雜還可以影響ZnO的晶粒尺寸、結(jié)晶度、光電性能。在眾多摻雜元素中，鈰元素被認(rèn)為是一種理想的摻雜劑，有助于提高氧化鋅的光催化活性。鈰離子摻雜氧化鋅得到了廣泛的研究并取得了很大的進(jìn)展。參閱Chemical Engineering Journal: Highly efficient photocatalyst based on Cedoped ZnO nanorods: Controllable synthesis and enhanced photocatalyticactivity. 第229期第225-233頁，參閱Powder Technology : Sonochemically generatedcerium doped ZnO nanorods for highly efficient photocatalytic dyedegradation. 第318期第120-127頁。復(fù)合材料是彌補(bǔ)單一材料性能缺陷、增強(qiáng)材料性能、混合各種材料性能的重要手段。石墨烯是由碳原子組成的二維蜂窩狀網(wǎng)狀物，其具有大的比表面積、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的導(dǎo)電性和遷移率和顯著的結(jié)構(gòu)柔韌性。石墨烯在光催化過程中提供具有高電子傳導(dǎo)性的網(wǎng)絡(luò)，并且用作支持材料作為催化劑的載體。氧化鋅與石墨烯的協(xié)同作用有望改善氧化鋅在光催化中的缺陷，從而提高光吸收強(qiáng)度，拓寬光響應(yīng)范圍，抑制載流子復(fù)合，提高表面活性，提高光催化活性。參閱SCIENCE :Graphene_ Status and Prospects, 第324期第1530-1534頁。參閱EnvironmentalScience and Pollution Research: Synthesis and characterization of Ag/Bi₂WO₆/GOcomposite for the fast degradation of tylosin under visible light, 第25期第11754-11766頁。參閱The Journal of Physical Chemistry C: Controlled Synthesisof CeO₂/Graphene Nanocomposites with Highly Enhanced Optical and CatalyticProperties, 第116期第11741-11745頁。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在相同實(shí)驗(yàn)條件的前提下，制備出氧化鋅（ZnO）、氧化鋅石墨烯復(fù)合材料（ZG）、鈰摻雜氧化鋅與石墨烯復(fù)合材料（ZGCeO1、ZGCeO2、ZGCeO3、ZGCeO4），探究了鈰的最佳摻比濃度（摻鈰質(zhì)量比為2%）并探究了摻雜和復(fù)合對(duì)純氧化鋅光催化性能的影響。