[发明专利]一种多孔纳米ZnO的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔纳米ZnO的制备方法，属于光催化材料领域。

背景技术

随着工业化进程的加快，能源消费的急剧增加，环境污染日益严重。在环境污染中，化学污染占各类污染的80％～90％，产生污染的主要原因是化学工业生产排出的废气、废水和废渣。据国家统计局发布的数据显示，目前我国是全球二氧化硫第一大排放国和二氧化碳第二大排放国。工业废水排放量也大幅增加，使得30％的重点城市饮用水源地水质达不到III类标准，流经城市90％的河段受到不同程度的污染，湖泊、水库富营养化程度加重。工业固体废物的排放状况也不容乐观。目前，我国工业固体废物的堆放存量已经达到73亿吨，占用和毁坏土地200万亩，对水土造成严重污染。

人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化，迫使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展，依仗能源的可持续供给，这就必须研究开发新能源和可再生能源。太阳能是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、全球各国均能够自由和平利用的能源，也是各种可再生能源如生物质能、风能、海洋能、水能等其它能源之本。据估计，太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，如果把地球表面0.1％的太阳能转换为电能，转换效率5％，每年发电量可达5.6×10¹²千瓦小时，相当于目前世界年耗能源的40倍。随着全球能源危机和环境危机日益加深，可再生新能源的开发备受关注，各国政府都十分重视可再生能源的开发，是各国大力投入的热门研究领域。

随着能源危机和环境危机的日益加剧，能源危机已成为人类社会可持续发展巨大障碍，而环境污染严重危害生态环境，破坏生态平衡，只有加大清洁能源的开发力度，不断提高清洁能源比例，使用清洁工艺治理环境污染，保护生态环境，才是人类社会可持续发展的必由之路。太阳能是诸多可再生能源中最受关注的新能源之一，目前，太阳能的利用方式主要有光热转换、光电转换、光化学能转换(光催化分解水制氢)、光催化降解有机污染物等方式。光化学能转换(光催化分解水制氢)、光催化降解有机污染物的关键材料是光催化材料(即光催化剂)。

光催化技术是利用半导体材料在光照下表面受激活化的特性，利用光能有效地分解水制氢、氧化降解有机污染物物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应，比较经济，且光催化剂大多自身无毒、无害、可反复使用、可将有机污染物完全矿化成无机离子、无二次污染等优点，具有传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的诱人魅力，是一种具有广阔应用前景的技术。光催化剂是一类应用光催化技术开发利用太阳能必备的半导体材料。目前，已被科学家们研究的半导体光催化剂种类繁多，如TiO₂、RuO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、SrTiO₃、CuO/SrTiO₃、NiO/SrTiO₃和Sr₃Ti₂O₇等，在众多半导体光催化剂中，ZnO也是备受关注光催化剂之一。

ZnO作为一种宽带隙半导体材料，具有很高的导电、导热性能，有良好的化学稳定性能和紫外吸收性能。纳米ZnO具有表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等效应，在很多领域具有诱人的应用前景。纳米ZnO有独特的压电现象、吸收雷达电磁波性能、光催化性能及吸收紫外线的能力，可应广泛用于压电、光电、传感器、隐形材料、光催化等领域。

由于ZnO的带隙高达3.4eV，只能吸收紫外光进行光催化分解水制氢和光催化降解有机污染物，不能直接利用太阳能中的可见光。到达地面的太阳辐射能中紫外光能仅占5％左右，可见光能却高达50％左右，因此，用太阳光作光源辐射ZnO直接进行光催化分解水制氢和光催化降解污染物的效率极低，不可能达到实际应用的目的，这使得改性ZnO成为一个全球范围内十分活跃的研究热点。目前，提高ZnO光催化效率的方法主要有ZnO纳米化和多孔化、贵金属负载、金属离子掺杂、非金属掺杂、染料和窄带隙半导体敏化、与其它半导体复合等方法，其中，纳米化和多孔化是提高ZnO光催化效率的有效方法之一。