[发明专利]一种双层复合结构的氧化锌光催化膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化膜技术领域，具体涉及一种双层复合结构的氧化锌光催化膜及其制备方法和应用。该氧化锌光催化膜包括底材、设置于所述底材上表面的导电层和包覆于所述导电层外表面的纳米ZnO光催化层，所述纳米ZnO光催化层包括包覆于导电层外表面的纳米ZnO层、以及均匀分布于所述纳米ZnO层外表面的刺针状的纳米ZnO复合物；所述纳米ZnO复合物在纳米ZnO层表面的分布密度为1*10supgt;6/supgt;‑10supgt;10/supgt;/cmsupgt;2/supgt;。本发明的光催化膜通过利用表面的纳米ZnO层和纳米ZnO复合物到达光催化的特性，其中刺针状的纳米ZnO复合物提高了光催化膜的接触面积，并结合内层的导电层提高了载流子输运效率，综合提高了光催化膜的光催化效率。

技术领域

本发明涉及光催化膜技术领域，具体涉及一种双层复合结构的氧化锌光催化膜及其制备方法和应用。

背景技术

目前以半导体材料作为催化剂，利用光催化氧化降解有机污染物作为一种有效的治理污染方法，已成为环境保护科学研究的一个热点。而纳米氧化锌作为一种重要的光电半导体材料，具有较宽的禁带宽度、较大的激子束缚能，并具有优良的压电特性、热电特性、光电响应特性，一直受到人们广泛的关注。

纳米氧化锌(ZnO)的制备方法很多，分为气相法、液相法、固相法等。其中液相法又分为电化学法、沉淀法、溶胶凝胶法及水热法等，液相沉淀法较其他液相法有其显著的优势，是将反应物混合均匀，速度和颗粒粒径可控，且对反应设备要求低。但在液相沉淀法制备纳米ZnO过程中，由于纳米颗粒的高比表面积使得颗粒之间极易团聚，影响纳米ZnO的附着力和分布均匀性，在外力作用或浸泡在溶液中时容易脱落下来，影响光催化膜的产品光催化效率和效果；而目前为了防止颗粒间的团聚，反应过程中，在反应体系中加入表面活性剂，对纳米ZnO的前驱体进行包裹可显著降低其表面张力，能有效防止纳米ZnO的前驱体团聚，但目前很多的表面活性剂如十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化胺等价格比较贵，成本比较高，同时对环境造成污染影响。

而目前采用印刷法制备纳米ZnO材料，具有成本低廉、操作简单、工艺可控等优点，通常有几种思路制备印刷型ZnO材料，一种是利用印刷或旋涂等厚膜加工技术直接将半导体的纳米ZnO材料成膜，但是这种方法使得纳米ZnO材料的颗粒与颗粒之间、以及颗粒与衬底之间的接触电阻较高，导电性较差，不利于膜层内部载流子的运输，使得ZnO的光催化效率较低；另外一种方法，是通过热蒸发法、溶液法等其他途径，采用直接生长的方式，在真空条件下或溶液中制作，生长出具有纳米结构的ZnO材料，但这种方法所需要的制备条件较为苛刻，成本高，且所得到的ZnO材料对衬底的附着力通常较差，在外力作用或浸泡在溶液中时容易脱落下来，不适合在一些溶液中进行光催化应用；还有一种方法，则是采用印刷法直接将金属锌源定位制作在衬底表面上，并在催化剂的作用下，通过加热的方法将金属锌氧化并形成具有纳米结构的氧化锌，但工艺繁杂，降低了光催化膜的制备效率，且反应生产过程不稳定、难以把控，制得的纳米ZnO附着力不牢、结晶度不高，导致制得的器件成品性能较差。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种双层复合结构的氧化锌光催化膜，该光催化膜通过利用表面的纳米ZnO层和纳米ZnO复合物到达光催化的特性，其中刺针状的纳米ZnO复合物提高了光催化膜的接触面积，并结合内层的导电层提高了光催化产生的载流子输运效率，综合提高了光催化膜的光催化效率。

本发明的另一目的在于提供一种双层复合结构的氧化锌光催化膜的制备方法，该制备方法操作步骤简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，无需催化剂作用下，采用慢速升温的方法，在底材上反应形成稳定的导电层、纳米ZnO层和纳米ZnO复合物，提高了光催化膜的光催化效率。

本发明的再一目的在于提供一种应用双层复合结构的氧化锌光催化膜降解废水中甲基橙的方法，该方法操作步骤简单，控制方便，在紫外光的照射下，搅拌废水，促进光催化膜氧化分解废水中的有机物，到达降解污染有机物的效果。