[发明专利]一种一维氧化亚铜/银/氧化锌纳米棒光催化复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光催化剂制备技术领域，涉及一种一维氧化亚铜/银/氧化锌纳米棒光催化剂及其制备方法，以及其光催化CO₂还原生成CO的应用，通过简单的水热法和化学还原的方法，制备得到一维Cu₂O/Ag/ZnO纳米棒光催化剂。所制备的一维Cu₂O/ZnO和Cu₂O/Ag/ZnO纳米棒光催化剂均具有比一维ZnO纳米棒光催化剂更高的光催化CO₂还原性能，产物均为CO。此外，所制备的一维Cu₂O/Ag/ZnO纳米棒光催化剂在紫外可见光照射下具有更高的光催化CO₂还原性能以及稳定性。本发明方法制备过程简单，反应条件温和，对光催化CO₂还原具有重要的实际应用价值，有利于环境和能源的可持续发展。

技术领域

本发明属于光催化剂制备技术领域，具体涉及一种一维氧化亚铜/银/氧化锌纳米棒光催化剂的制备方法及其应用于光催化CO₂还原生成CO。

背景技术

能源危机和环境污染问题的日益凸显，促进了催化领域的迅速发展。开发利用清洁的可再生太阳光能源，实现高效的催化反应势在必行。其中，光催化CO₂还原的发展有望为解决这两大问题起到重要作用。一维纳米结构材料，尤其是纳米棒，具有大的比表面积，可以提供电流传输的直接通道，有利于光生电子-空穴的分离，进一步增大电子输运速率，是一类极具潜在应用价值的光催化材料。氧化锌（ZnO）是一种具有直接带隙的半导体材料，且制备成本低、环境友好，但由于其禁带宽度较宽（约为3.37 eV左右），只能在紫外区响应。而氧化亚铜（Cu₂O）拥有较窄的禁带宽度（2.2 eV），使其在可见光下有比较好的光催化特性。此外，在光催化剂上负载金属助催化剂可以形成半导体-金属异质结构，利用金属较低的费米能级，实现光生电子和空穴的有效分离，能进一步优化光催化体系的效率。因此，本发明开发一种简易的制备方法，在一维氧化锌纳米棒上负载氧化亚铜和金属银，研究其在紫外可见光下光催化CO₂还原活性。结果表明负载了氧化亚铜和金属银之后，一维Cu₂O/Ag/ZnO纳米棒光催化剂体现出了明显提高的光催化CO₂还原活性，并且具有良好的稳定性，五次循环后催化剂活性没有太大变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产工艺简单、环境友好、有规则形貌的一维Cu₂O/Ag/ZnO纳米棒光催化复合材料及其制备方法，以及该复合材料在光催化CO₂还原的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种一维氧化亚铜/银/氧化锌纳米棒光催化剂，该催化剂在紫外可见光照射下具有很好的光催化CO₂还原。

所述一维氧化亚铜/银/氧化锌纳米棒光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）水热法制备一维ZnO纳米棒

将定量的Zn(NO₃)₂·6H₂O、水和乙醇混合搅拌，加入28wt%的氨水调pH值。搅拌180分钟后，将所得溶液加入到容量为100 mL的Teflon衬里的不锈钢高压釜中。将高压釜在160℃下保持10小时，自然冷却至室温。收集白色沉淀物，用乙醇和水各洗三次，烘干，研磨，煅烧，得到一维ZnO光催化剂；

（2）化学还原法制备一维Cu₂O/Ag/ZnO纳米棒：