[发明专利]一种电镀液、IrO2/ZnO纳米复合结构薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种电镀液、IrO₂/ZnO 纳米复合结构薄膜材料及其制备方法。

背景技术

世界性的环境污染与生态破坏使人们对高效、节能、无二次污染的环境治理技术给予极大的关注。近年来，光催化氧化技术和电催化氧化技术作为有毒或难生物降解的有机污染物的处理方法引起了国内外学者持续的关注。这两种技术都具有结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染等优点，成为当前环境污染控制领域中最为活跃的两个研究热点，并显示出广阔的应用前景。

光催化技术是在催化剂的作用下，利用光辐射将污染物分解为无毒或毒性较低的物质的过程。基本原理是：当半导体光催化剂受到能量大于禁带宽度（E_g）的光照射时，其价带上的电极（e^－）受到激发，越过禁带进入导带，在价带上留下带正电的空穴（h⁺）。光生空穴具有极强氧化性，可以夺取水中的电子，生产氧化性很强的羟基自由基（·OH），·OH能够对电极表面附近的有机污染物进行无选择性的氧化，而且能发生所谓的“电化学燃烧”过程将有机物彻底氧化为CO₂和水。ZnO纳米结构材料是高效半导体光催化剂的典型代表。ZnO具有比较宽的禁带（3.37 eV），其不足之处是只能利用波长很短的光（如紫外线）；另外半导体材料中电子和空穴有较强的“复合”倾向，而维持较高的“电子-空穴”浓度是光催化反应进行的前提。要使得禁带小的半导体材料在能量转换中具有竞争力，或者说要扩展可利用的光波段（如可见光波段），必须设法降低光电化学反应所需的活化位垒和减小过电位，并抑制界面“电子-空穴复合”的损失。掺杂的ZnO半导体材料能够实现可见光催化，这已经得到证实。抑制ZnO光生电子和空穴复合的方法有多种，如半导体复合，贵金属沉积，半导体表面光敏化，以及离子掺杂等方法。这些方法能够增加电荷陷阱，促进电子和空穴向表面吸附物质转移，从而抑制电子和空穴的复合。

从工程角度出发，光催化处理有机废水通常采用两种反应系统：

一种是悬浮ZnO水处理系统，即将粉体状光催化剂材料分散于污水中，再施加光辐射，因光催化剂与有机污染物接触面积大，表现出良好的光催化氧化效率，多数情况下可以将有机物彻底矿化。然而，悬浮相粉体材料存在着难以回收、容易中毒等缺点。这些缺点使得该体系难以成为一项实用的技术。

另一种是固定化系统，即将ZnO固化到适当载体上，再施加以光辐射。该系统还可借助于外加电场提高光催化反应效率。其原理是：在光催化体系中外加电场可以在光电极内部产生一个电位梯度，使得光生电子在电场作用下迁移到对电极，载流子得以分离，减少“电子-空穴”的重新复合，这样就能在半导体中维持较高的空穴浓度，有利于充分发挥光生空穴的氧化作用，从而提高光催化反应的效率。固定化技术克服了悬浮相体系中光催化剂难回收的缺点，并借助外电场来抑制“电子-空穴”的简单复合，相对来说实用性更强。徐峰等人（CN 102121130 A）公开了具有光催化特性的ZnO纳米片/纳米线复合结构及制法。他们先以硝酸锌和氯化钾水溶液为电解液电沉积制备ZnO纳米片，然后以硝酸锌和六亚甲基四胺水溶液为生长液，通过水溶液化学生长法在 ZnO 纳米片表面二次生长ZnO 纳米线。制备步骤仍然显得复杂且制备的是单纯的ZnO光催化剂，而不是贵金属负载ZnO复合型光催化剂。因此负载后催化剂的比表面积减小而带来的量子效应和表面和界面效应减弱等问题仍悬而未决。

因此，急需开发出简单、经济的方法来制备高比表面积的贵金属氧化物负载ZnO复合纳米结构薄膜光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、适合规模化生产的制备高比表面积的贵金属氧化物掺杂的载ZnO复合纳米结构的IrO₂/ZnO薄膜光催化材料。

为实现上述目的， 本发明提供一种用于制备IrO₂/ZnO 纳米复合结构薄膜材料的电镀液，其特征在于：所述电解液包括铱离子源、电解质和锌离子源。

进一步，所述电解液中铱离子浓度为0.05mg-1mg/L，优选0.1mg-1mg/L；更优选0.3-0.7 mg/L；

任选的，锌离子浓度为30-70g/L；优选40-60 g/L；

任选的，电解质浓度为40-120 g/L；优选50-120 g/L。

进一步，所述电解质优选钠盐、钾盐或硫酸中的一种或一种以上。