[发明专利]一种ZnO/ZnSe异质结纳米带光催化剂薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光催化剂技术领域。

背景技术

半导体材料光催化剂在太阳光或紫外光源的照射下，可以将有机废水中的有害物质转化成CO₂、水或其他无机氧化物等无害物质，从而达到有效处理废水的目的。因此，应用半导体光催化技术净化环境越来越多的引起人们的关注。

ZnO是一种重要半导体光催化剂，其室温下禁带宽度为3.37eV。ZnO在紫外光照射下，产生高活性的空穴能将有机污染物分解成无二次污染的产物(如CO₂、H₂O)，从而达到除污目的。然而，太阳光中只有3～5％为紫外光。这就限制了ZnO的实际应用。ZnSe也是一种重要的半导体光催化剂，其室温下禁带宽度为2.67eV。最近文献报道，当ZnO和ZnSe形成复合光催化剂时，可有效地将ZnO的响应扩展到可见光范围，并且其ZnO/ZnSe复合光催化剂的光催化活性要远高于纯的ZnO(J.Alloys Compd.650(2015)633-640，Langmuir,27(2011)10243-10250)。在可见光照射下，ZnO/ZnSe中的ZnSe受激产生电子-空穴对，电子将迁移到ZnO的导带上，这样电子-空穴有效的分离，从而使高活性的空穴寿命长，可有效的将有机污染物分解成无二次污染的产物。因此，ZnO/ZnSe复合半导体光催化剂不仅继承了ZnO和ZnSe的优良性能，还能通过界面耦合效应的协同效应而得到新的特性，是最具开发前景的环保催化剂之一。

目前，用于处理有机废水的光催化剂材料主要为粉体产品。粉末状光催化剂在使用过程中存在易团聚、易损失等现象，使用后存在难以与溶液分离以及难以循环使用等问题，这些缺点在一定程度上限制了催化剂的实际应用。因此，人们将选择一定的方法将催化剂固定在某一载体上。固化粉体催化剂有浸润法、化学气相沉积(CVD)法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法及喷雾热分解法等。这些方法，或者需要昂贵的仪器设备、精确的操作方法，或者在实现粉体催化剂固化过程中需要大量的表面活性剂及复杂的操作步骤。

发明内容

为了解决上述问题，急需一种步骤简单、可工业化生产、经济环保的方法来用于制备出具有高效能的ZnO/ZnSe复合半导体光催化剂。

本发明提供了一种ZnO/ZnSe异质结纳米带光催化剂薄膜的制备方法，具体步骤如下：

1)将锌片分别用蒸馏水和无水乙醇进行表面清洗后待用；

2)将0.05～0.5mmol的硒粉和0.1～1mmol的硼氢化钾溶解到10mL乙二胺中制得混合溶液，将所述混合溶液转移至反应釜中；将经过步骤1)处理的锌片放入20mL反应釜，并浸入到所述混合溶液中；

3)将反应釜在160～240℃下保温18～30h；冷却后取出锌片，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤；在室温条件下干燥；

4)将锌片在320～380℃空气气氛下煅烧1～8h，制备得到ZnO/ZnSe异质结纳米带光催化剂薄膜。其中，ZnO/ZnSe异质结纳米带直径为150nm，长为2～20μm。

本发明方法的优选条件如下：

步骤2)中所述硒粉为0.2～0.5mmol；硼氢化钾为0.2～1mmol；

步骤3)中反应釜在160～180℃反应24～30h；

步骤4)中锌片在350～380℃空气气氛下煅烧时间为1～2h。

本发明的有益效果：

1、本发明采用溶剂热法及后序煅烧法，以金属锌片为基片和锌源制备ZnO/ZnSe纳米带薄膜光催化剂，所得产物尺寸均匀。本发明的制备过程简单，生产成本较低，原料廉价易得、生产工艺简单、操作方便，易于工业化生产。

2、锌片既是锌源，又是ZnO/ZnSe纳米带的生长基片，ZnO/ZnSe纳米带复合光催化剂的合成和负载同步进行；减少了反应过程中的不利影响因素，所以生成物不会引入杂质、纯度高。

3、本发明所得ZnO/ZnSe纳米带复合催化剂薄膜在可见光下具有较高的活性，在光催化降解有机染料时具有使用方便、利于回收、可重复使用等优点，75min罗丹明-B降解率可达到93.4％以上。

附图说明

图1为本发明实施例1～3所得产物的X射线衍射(XRD)谱图。

图2为本发明实施例1所得产物的扫描电镜(SEM)图片。

图3为本发明实施例1所得产物的透射电镜(TEM)图片。