[发明专利]含有氧化锌纳米线的近场光催化剂

说明书

技术领域

本发明一般涉及光催化剂，特别涉及一种使用ZnO纳米线的近场光催化剂。

背景技术

光催化剂是当光线辐射到其上时能引起催化反应的有催化性质的物质。在本说明书中，其指能加速光致反应的有催化性质的物质，特别是，能够吸收紫外线以生成具有强氧化或还原能力的材料的物质。光催化剂可用于以环保的方式处理许多种化学品或不可降解的污染物。在光催化剂中，二氧化钛由于具有极好的耐酸或碱的性能且对人类无害，而使用频率最高。

如图1所示，二氧化钛光催化剂为一n型半导体，当其暴露于具有相当于二氧化钛的带隙的能量或更高的能量(λ＜400nm)的光线(如紫外光)下时，二氧化钛表面的电子将从价电子带迁移到传导带，从而在价电子带形成空穴，多余的电子被感应到传导带。

电子和空穴扩散到二氧化钛的表面，空穴与二氧化钛表面所吸附的水或氢氧根离子(OH^-)进行反应，以生成羟基(OH)。此外，水中的氧气与电子反应生成超氧(O₂^2-)。这样生成的羟基和超氧作为氧化剂，将有机物质氧化而使其转化为水和碳酸气体。此外，由于细菌是有机化合物，因此其被光催化剂的强氧化功能氧化并由此被分解，从而实现杀菌。二氧化钛的上述功能公开于韩国专利公告No.10-2003-0083901。

然而，钛是非常稀有的金属，而二氧化钛是非常昂贵的材料，因此在二氧化钛的商业化过程中存在非常严重的问题。

除上述功能之外，二氧化钛以钛酸锶(SrTO₃)的形式用于光化学电池的电极。也就是说，二氧化钛是一种半导体光催化剂，其当接收光线(如日光)照射时产生光电动势，并由于光电动势引起电化学反应。可以在将二氧化钛电极和铂电极通入水中之后，通过在二氧化钛电极上辐射光线来电解水以产生氢气。二氧化钛的此功能和应用公开于申请号为No.10-0377825的韩国专利。

然而，若二氧化钛光催化剂用于利用阳光电解水，则必须确保光电动势大于或等于电解水所需的最小电动势(理论值：1.23V)。因此，要施加额外的外部电压，这使得产生氢气的装置和过程变得非常复杂，这是我们所不希望的。而且，由于是以稀有金属(如铂)作为电极，生产成本也提高了，这同样是我们所不希望的。

同时，近场光线已经用于高清晰度光学显微镜、高密度光存储器和原子计算(Near-Field Nano/Atom Optics and Technology，Springer，Tokyo，1998)。

发明内容

技术问题

因此，本发明针对上述现有技术产生的问题，本发明的目的之一是提供一种含有ZnO来替代钛的光催化剂。与钛不同，锌是廉价的材料，其可以以低成本大量获取，从而使光催化剂的生产成本显著降低。

本发明的另一目的在于提供一种光催化剂，其中ZnO构成纳米线。由于在纳米线端点周围产生的近场，使在不使用额外电极或施加外加电压情况下获得生成氢气所需的电动势成为可能。

技术解决方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种近场光催化剂。该近场光催化剂包括基底，包括纳米材料的基础层和形成于该基底之上的基础层，该基础层包括有纳米材料，该纳米材料是从ZnO，TiO₂，GaP，ZrO₂，SiCdS，KTaO₂，KTaNBO，CdSe，SrTiO₃，Nb₂O₃，Fe₂O₃，WO₂，SaO₂或其混合物中选择的一种或一种以上，作为主要成分，形状为包括纳米针、纳米棒或纳米管在内的纳米线形。

特别是，优选地，该纳米材料包含ZnO作为主要成分。

优选地，该纳米材料形状为纳米针，且其直径小于200nm，优选5-200nm，长度为0.5-100D。

该基底选自由硅基底、玻璃基底、石英基底、Pyrex(派热克斯玻璃，硼硅酸玻璃)基底、蓝宝石基底和塑料基底构成的一组基底。

该纳米材料在基体上被取向为与基体形状垂直。

纳米材料通过金属有机气相外延方法、金属有机化学气相淀积方法、溅射方法、热或电子束放射方法、脉冲激光淀积方法、气相输运方法和化学合成法其中之一在基体上形成。