[發明專利]氧化鋅改性氮化鎵的載銀納米棒異質結光催化劑的制備方法及產品與應用

有效

• 申請號: 202011103008.2
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112108168B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 崔大祥;王敬鋒
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/34;B01J37/08;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/30;C02F101/34
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明公開了一種利用氧化鋅改性氮化鎵的載銀異質結光催化劑的制備方法及其產品與應用，通過溶膠凝膠法制備(GaN)_1?x(ZnO)_x固溶體凝膠，旋涂于（100）晶面生長的Si片表面，經過氨氣處理后得到(GaN)_1?x(ZnO)_x固溶體納米棒，接著對其進行光沉積載Ag修飾，得到Ag/(GaN)_1?x(ZnO)_x納米棒材料。該催化劑的主要特點是其結構為氧化鋅改性氮化鎵的載銀異質結納米棒；其特有的一維納米棒異質結結構擁有更短的縱向載流子遷移路徑和超大的比表面積，有利于光催化過程中電子空穴分離和遷移，能夠最大化利用光激發系統。該催化劑產品的特性是可以有效進行光催化降解苯酚，對苯酚表現出優異的光降解性能。

技術領域

本發明涉及光催化技術領域，具體公開一種氧化鋅改性氮化鎵的載銀納米棒異質結光催化劑的制備方法及應用。

背景技術

氮化鎵（GaN）屬于寬帶隙半導體材料，與氧化鋅（ZnO）材料在結構、晶格參數和物理化學特性方面都非常相似。從結構上看，它們都具有六方鋅纖礦結構以及非常相近的晶胞參數，晶格非常匹配。因此，GaN和ZnO在全成分范圍內，形成有效的晶格互溶是完全可能的。Ga、Zn以及N、O原子在元素周期表中分別處于相鄰位置，兩者具有相近的原子半徑和電負性性質，這就使得Zn替代Ga以及O替代N過程變得相對容易穩定。因此，在GaN晶格中摻入Zn、O原子無論從晶體結構穩定性還是從化學兼容性來講，都是完全可行的。

GaN和ZnO兩者的帶隙比較接近，分別為3.4和3.2 eV。其中，GaN的導帶底部能級結構為Ga 4s和Ga 4p軌道共同組成，價帶頂部能級結構則為N 2p軌道占據；ZnO的導帶底部能級結構為Zn 4s和Zn 4p軌道共同組成，價帶頂部能級結構則為O 2p軌道占據。當ZnO固溶進GaN晶格形成固溶體后，其導帶底部能級結構與GaN一樣仍由Ga 4s和Ga 4p 軌道組成，但是價帶項部能級結構則由于N 2p和Zn 3d的p-d強相互作用導致上移變化，與GaN和ZnO相比呈現明顯的帶隙收縮和可見光吸收特征，通過調控(GaN)_1-x(ZnO)_x固溶體中ZnO含量可以實現帶隙3.4~2.2 eV的連續調控。

光催化技術是目前解決環境污染和能源危機的有效方法之一，有著廣闊的應用研究前景。其核心本質和面臨的主要問題在于研究和開發具有高效光吸收與光催化效率的半導體光催化劑，主要利用的是半導體光催化材料在光照下產生的光生電子和空穴的氧化還原能力。開展能帶調控對可見光催化降解影響規律的研究，尋找最優帶隙結構的可見光催化材料將更能深入到催化的本質。研究表明，高的光生電子空穴復合效率仍然是制約目前光催化性能提高的決定因素。降低帶隙、增加可見光吸收的同時，也勢必降低了價帶空穴和導帶電子的氧化還原能力。為了提高光催化性能，主要的手段有利用表面助催化劑修飾或者構建異質結，促進光生電子空穴分離，以提高催化活性。

一維納米棒異質結材料擁有更短的縱向載流子遷移路徑和超大的比表面積，更有利于光催化過程中電子空穴分離和遷移。因此，本發明的目的則公開了一種氧化鋅改性氮化鎵的載銀納米棒異質結光催化劑的制備方法，該方法制備的產品能夠顯著降低光生電子空穴復合效率。本發明首先采用簡單的溶膠凝膠法制備(GaN)_1-x(ZnO)_x固溶體凝膠，旋涂于（100）晶面生長的Si片表面，經過氨氣處理后得到(GaN)_1-x(ZnO)_x固溶體納米棒，接著對其進行光沉積進行載Ag修飾，得到Ag/(GaN)_1-x(ZnO)_x納米棒材料，從而提高表面的載流子分離和轉移效率。

發明內容

本發明目的在于提供一種氧化鋅改性氮化鎵的載銀納米棒異質結光催化劑的制備方法。

本發明的再一目的在于：提供一種上述方法制備的氧化鋅改性氮化鎵的載銀納米棒異質結光催化劑產品。