[发明专利]一种超细氧化锌纳米颗粒/二氧化钛纳米线复合光催化材料的制备方法

说明书

本发明提供一种超细的氧化锌纳米颗粒/二氧化钛纳米线复合光催化材料的制备方法，本发明以二水合醋酸锌、氢氧化钠、纳米二氧化钛为主要原料，采用缓慢水解然后水热合成的方法制备。利用模拟太阳光对制备出的材料进行光催化性能的测试，通过降解甲基橙等有毒有机污染物来证明该材料优越的光催化性能。通过在模拟太阳光下进行的产氢气实验来证明该材料不仅具有降解有机污染物的能力，而且还具有分解水产氢的能力。该材料不仅在环境保护和水污染控制方面具有很好的应用前景，而且在利用太阳能开发利用新能源方面拥有广阔的开发空间。该方法具有制备的氧化锌颗粒小，比表面积大，在二氧化钛上分散十分均匀，操作过程简单，反应条件易控制等优点。

技术领域

本发明涉及一种超细氧化锌纳米颗粒/二氧化钛纳米线复合光催化材料的制备方法，具体属光催化复合材料制备领域。

背景技术

环境污染和能源资源紧张是未来社会发展所必须要面对的严峻问题。氢气是一种清洁、高效、可再生的能源载体，在国民经济和社会生活中得到了广泛的应用.。由于太阳能和水资源的丰富，太阳能光催化制氢的开发利用具有很大的发展潜力。近年来，纳米二氧化钛（TiO₂）由于其优良的光催化性能的优势，化学稳定性高、抗光腐蚀，无毒、成本低廉等优点，被认为是最有前景的光催化材料，引起了人们的广泛关注。特别是具有一维纳米结构的纳米TiO₂材料，其比表面积大、长宽比大，表面活性位点多，电子传输速率快的特点使得其拥有较高的光催化活性。然而，由于TiO₂的带隙相对较宽（3.2 eV），使得它只响应于紫外波长的光线照射。此外，在光催化产氢过程中，光生电子-空穴对在从内部到表面的迁移过程中容易在催化剂内部重组，导致太阳能转化为氢能的低效率。在过去的几十年中，研究人员研究开发了各种方法来提高TiO₂的光催化效率，包括贵金属沉积，金属和非金属元素的掺杂（例如N和S元素.）、染料敏化和与其他半导体进行耦合等。近年来，金属氧化物（如CuO、ZnO、NiO），由于在光催化分解水方面表现出来的较高活性，引起了研究者们的关注。

氧化锌（ZnO）由于其是带隙较宽（3.37eV）的直接带隙半导体，同时拥有较大的激子束缚能（60meV），被认为是很有前途的光电材料，常常被用来做光电催化剂，同时也应用于激光二极管方面的材料、太阳能电池和锂离子充电电池的电极材料。ZnO具有与TiO₂类似的能带结构和物理性能，但同时也具有一些二氧化钛所没有的特性，如较高的量子产率和较高的电子迁移率，这十分有利于提高其光催化活性。此外，纳米ZnO具有易结晶和各向异性生长的性能，这让纳米ZnO易于被合成多种形貌的纳米结构。重要的是，ZnO的价带位置和较强的电子移动速率有利于水分解制氢气。同时，ZnO和TiO₂的能带结构能够很好的匹配。因此，将纳米氧化锌偶联在一维的纳米二氧化钛材料上，有望提高其光催化活性和产氢性能。

发明内容

本发明提供一种超细氧化锌纳米颗粒/二氧化钛纳米线复合光催化材料的制备方法，用一种简单的方法将零维的纳米氧化锌颗粒偶联在一维的二氧化钛纳米线上，合成出的复合材料在光催化降解污染物和制备氢气方面得到广泛的应用。在光照下，由于纳米氧化锌颗粒和二氧化钛纳米线在界面处形成了异质结，从而有利于光生电子和空穴的分离，二氧化钛纳米线和氧化锌纳米颗粒之间的协同作用使得光生空穴寿命延长，从而使得复合材料的光催化活性大大提高,用以解决环境和能源问题。

一种超细氧化锌纳米颗粒/二氧化钛纳米线复合光催化材料的制备方法,步骤如下：

步骤一：二氧化钛纳米线的制备

（1） 准确称取2g纳米二氧化钛粉末分散在80ml浓度为10mol/L的NaOH溶液中，超声30min，搅拌30min，得到混合溶液；

（2）将上步骤得到的混合溶液转移到100ml的反应釜中，200℃反应24h；

（3）反应结束后冷却至室温，离心分离出沉淀，用去离子水洗至中性；