[发明专利]一种Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂及其制备方法，该光催化剂用通式Zn0.98‑xFe0.02CuxO表示，其中，x为0.01～0.05。该光催化剂的制备方法包括如下步骤：(1)将锌盐和铁盐、铜盐溶解于蒸馏水中得到均匀混合溶液，其中，铁离子掺量为2mol％，铜离子掺量为1～5mol％；(2)调节混合溶液的pH值，直至该混合溶液呈中性，搅拌、使其形成凝胶；(3)将该凝胶干燥、煅烧，得到Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂。本发明的Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂能够显著提升ZnO的光催化性能，将其用于催化降解亚甲基蓝，60min内的降解率可达99.5％。

技术领域

本发明涉及一种纳米ZnO光催化剂及其制备方法，具体涉及一种Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂及其制备方法。

背景技术

水是地球上生命存在的必要条件之一，人类正常生产生活及其他生命生存都需要大量的洁净水源。随着人口数量增加和家庭、工业废水的不合理排放，水污染问题已经成为国内外关注的热点。因此，如何处理日益增多的生产生活污水，并使其重新变成洁净水已经成为研究人员急需解决的问题。光催化是一种新型的污水处理技术，具有高效，反应能耗低，二次污染小，运行成本低及操作简单等优点，已被广泛研究和应用。

ZnO作为一种优良的半导体光催化剂，室温下的禁带宽度达3.37eV，并且具有较高的激子束缚能(60meV)，由于其具有光催化活性高、化学稳定性好、容易制备、对人体无害、廉价、使用安全等优点而受到研究者的关注。在光的照射下，ZnO激发后产生的电子-空穴对具有氧化、还原的能力，使有机物发生氧化还原反应后逐步被降解，最终被完全氧化成对环境友好的CO2、H2O和无毒的无机小分子。但是，ZnO在光催化应用中存在着光响应范围窄，电子和空穴的分离效率低等问题，从而使其催化性能得到限制。

研究发现，通过Fe3+、Cu2+、Ni2+和Mn2+等过渡金属离子对ZnO光催化剂的掺杂改性，可以改变ZnO的带隙能、产生杂质能级和晶格缺陷，提高光量子效率和氧化还原能力，从而提高光催化活性。此外，过渡金属离子与ZnO晶体中Zn2+的原子半径相差不大，易于掺杂进入ZnO晶格中，因此采用过渡金属离子掺杂改性是提高ZnO光催化性能的常用手段。但是，目前大多数研究只针对单一元素掺杂的影响，关于两种过渡金属元素复合掺杂ZnO材料的报道并不多见。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够有效提高光催化活性的Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂，本发明的第二目的是提供该催化剂的制备方法。

技术方案：本发明所述的Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂，用通式Zn0.98-xFe0.02CuxO表示，其中，x为0.01～0.05。该光催化剂能够显著提升ZnO的光催化性能，将其用于催化降解亚甲基蓝，60min内的降解率为68％～99.5％。

优选的，x为0.01～0.02。此时，该光催化剂的光催化性能最强，用于催化降解亚甲基蓝时，60min内的降解率为92％～99.5％。

本发明所述的Fe、Cu共掺杂纳米ZnO光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锌盐和铁盐、铜盐溶解于蒸馏水中得到均匀混合溶液，其中，铁离子掺量为2mol％，铜离子掺量为1～5mol％；