[发明专利]自支撑结构的锑铋酸锌自组装纳米棒的制备方法及其产品和应用

说明书

发明公开了一种自支撑结构的锑/铋酸锌自组装纳米棒的制备方法及其产品和应用，以铋酸钠、乙酸锌和三氯化锑作为原料，氩气作为载气，利用高温煅烧转化作为主要技术路径，一步法制备出锑/铋酸锌肖特基异质结纳米棒。该复合材料能够显著提高光催化性能，尤其能够提高染料废水的降解速率。该材料的制备方法简单，制备成本低，适合于大规模的生产，亦可广泛应用于光学仪器、电子器件、能源转化等领域。

技术领域

本发明属于功能材料制备的技术领域，具体涉及到一种自支撑结构的锑/铋酸锌自组装纳米棒的制备方法及其产品和应用。

背景技术

随着近代以来工业化的迅猛发展，化石能源的日渐枯竭，能源短缺成为了限制人类发展的一项重要因素。太阳能由于其清洁无污染，分布广泛和储量丰富等特点，成为了代替化石能源的一个新选择。光催化技术作为一种可以将低密度的太阳能转化为高密度的化学能的手段，由于它的反应条件温和，反应产物无毒害等特点而越来越受到众多研究者的关注。

在众多具有重要应用前景的光催化材料中，铋酸锌作为一种新型的半导体功能材料，由于具有较窄的带隙和较高的价带位置，可充分吸收可见光并产生具有较强氧化能力的自由基，且光化学性能稳定、对环境友好，使其在光催化分解水以及污染物降解等领域具有较强的发展潜力。然而，在研究过程中，研究人员发现铋酸锌存在着光生载流子分离和传输效率过低等问题，这制约了铋酸锌材料的进一步应用。近年来，在铋酸锌半导体上负载金属构建半导体-金属异质结可以使电荷通过半导体向金属传输，充分提高电子-空穴的分离效率，这引起了广泛的关注。半导体和金属复合后，在相当能量的光的照射下，半导体价带上的电子被激发，电子会从半导体进入金属以平衡费米能级。金属和半导体之间形成肖特基势垒，使得金属具有过剩的负电荷而半导体具有过剩的正电荷。同时，肖特基势垒可以充当起有效的电子陷阱，在光催化反应中阻止电子和空穴的复合，从而获得更高的光催化性能。将锑引入到铋酸锌半导体中，可以形成锑/铋酸锌肖特基材料，这对光催化剂性能的提升具有积极的意义。

一般地，利用机械混合法将锑和铋酸锌混合，锑纳米颗粒和铋酸锌很难复合在一起形成肖特基异质结；水热合成的方法能够将锑和铋酸锌材料复合，但水热方法一直存在着制备过程复杂、工艺控制严格等问题，这使得该材料在大规模的制备上受到了限制。本发明专利提供了一种锑/铋酸锌纳米棒自组装体的制备方法，该发明专利以高温煅烧为作为主要技术路径，通过铋酸钠、乙酸锌以及三氯化锑的煅烧转化制备出由金属锑纳米颗粒和铋酸锌组成的锑/铋酸锌肖特基复合材料，锑-铋酸锌肖特基异质结的形成使得光生载流子能有效地分离，有利于提高对太阳光的吸收及对染料分子的吸附性能，在反应中抑制电子和空穴的复合，进而提高其光催化性能。

发明内容

为克服现有水热或者机械合成方法的不足，本发明的目的在于公开一种自支撑结构的锑/铋酸锌自组装纳米棒的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的自支撑结构的锑/铋酸锌自组装纳米棒产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种自支撑结构的锑/铋酸锌自组装纳米棒的制备方法，以铋酸钠、乙酸锌和三氯化锑作为原料，利用高温煅烧合成，包括如下步骤：

分别以铋酸钠、乙酸锌和三氯化锑作为原料，氩气作为载气，使铋酸钠与乙酸锌的摩尔比为20~38：1，并且，先将铋酸钠与乙酸锌混合均匀，然后将铋酸钠与乙酸锌的混合粉末置于反应容器的高温区，三氯化锑置于反应容器的低温区，所述的三氯化锑的质量占铋酸钠和乙酸锌质量的15~30 %，密封反应容器；

高温煅烧的条件为：将高温区加热至1200～1400 ^oC、低温区加热至100～200 ^oC，保温12～24 h，控制氩气的流速为100～300 cm³/min，在反应器末端冷却区域得到了锑与铋酸锌复合的纳米棒肖特基异质结材料，即自支撑结构的锑/铋酸锌自组装纳米棒。