[发明专利]一种制备高活性ZnO/SnO2核壳复合光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体为一种制备高活性ZnO/SnO₂核壳结构复合光催化剂的方法和相关工艺参数。

技术背景

能源短缺和环境污染是本世纪全人类所面临的共同问题。如何合理利用自然界中有限的能源、有效控制和解决环境污染问题是新世纪各国科学家所研究的热门课题。近年来，逐渐兴起的半导体光催化氧化技术，为我们提供了一种合理利用能源和治理环境污染的理想方法。使我们能够真正实现利用取之不尽、用之不竭的太阳能解决环境污染和能源短缺问题。

半导体光催化氧化技术起源于上世纪七十年代，自Fujishima和Honda发现光照的TiO₂单晶电极能分解H₂O，利用半导体光催化剂把光能转化成电能和化学能就成为最热门的研究课题之一。最近，关于利用半导体光催化氧化降解有机污染物、还原重金属离子、防雾、除臭、杀菌、自清洁等方面的应用研究报道已不断增加。目前采用的半导体材料主要是硫族氧化物，如TiO₂、ZnO、CdS、WO₃、SnO₂等。半导体在光照下半导体吸收能量等于或大于禁带宽度(E_g)的光子，将发生电子由价带向导带的跃迁，从而在价带生成空穴h_VB⁺，在导带生成电子e_CB^-，这种光生电子-空穴对具有很强的还原和氧化活性，能将绝大多数有机物氧化，甚至对一些无机物也能彻底分解。

目前存在的主要问题是：在光催化氧化过程中，单一半导体材料光催化剂，带隙能较大，且空穴易与电子复合，造成光催化性能并不高。其载流子的复合是影响光催化反应效率的主要原因。因此，如何减少载流子的复合，成为众多学者研究的目标。半导体复合是一种有效的改性方式，它利用两种或多种半导体性质上差异的互补性，来提高催化剂的活性。ZnO是一种高效、无毒性、价格低廉的重要光催化剂，在降解和污染物处理领域备受关注。半导体SnO₂和ZnO具有不同的导带和价带能级，当这两个半导体进行复合时，SnO₂的导带位于ZnO的导带之下，可形成梯度能级，ZnO导带上的光生电子进入SnO₂的导带，而空穴与电子的运动方向相反，导致光生空穴被ZnO捕获，这在一定程度上阻止了电子与空穴的复合。本发明采用分步沉淀法在SnO₂外包覆ZnO，制备ZnO/SnO₂核壳结构复合光催化剂，利用核壳结构进一步减少光生电子与空穴的复合，提高复合材料的催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备高活性ZnO/SnO₂核壳结构复合光催化剂的方法和相关工艺参数。

一种适合制备高活性ZnO/SnO₂核壳结构复合光催化剂的方法。该制备方法为分步沉淀法。首先，以SnCl₄·5H₂O为前驱体，氨水为沉淀剂，制备Sn(OH)₄粉体；然后，将制得的Sn(OH)₄加入一定浓度的Zn(NO₃)₂·6H₂O溶液中，搅拌均匀后，滴加氨水，调节其PH值，将所得产物Zn(OH)₂/Sn(OH)₄洗涤、离析、干燥；最后，将Zn(OH)₂/Sn(OH)₄复合粉体煅烧，即可得到ZnO/SnO₂核壳结构复合光催化剂。