[发明专利]一种氯掺杂氧化锌纳米棒的制备及应用

说明书

本发明公开了一种氯掺杂氧化锌纳米棒的制备及应用。制得所述氯掺杂氧化锌纳米棒为非中心对称六方纤锌矿结构，在声波的辅助下能够产生压电场，促进光催化废水处理。氯掺杂氧化锌在声波辅助下光催化降解废水速率为0.02315 min^‑1，其降解速率为氧化锌在声波辅助下光催化降解废水速率的1.5倍，为氯掺杂氧化锌单独光催化降解速率的4.9倍。本发明方法显著提升了氧化锌材料在光催化降解有机污染物的能力，特别是实现了光能‑机械能的双捕获，而且本发明的制备方法简单，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于光声协同催化的技术领域，具体涉及一种氯掺杂氧化锌纳米棒的制备及应用。

背景技术

由于全球工业化迅速导致水，空气和土壤质量因积累的有机和无机有毒化合物而恶化，当代世界正面临环境污染。这些有毒化合物具有影响生态系统的危险特性，进而影响人类健康。为此，修复被污染的水，空气和土壤对改善人类生存状态至关重要。在各种环境修复方法中，通过光催化半导体材料降解污染物已被认为是环境修复的一种有前途的绿色技术。

光催化反应过程中，光生载流子的归宿仅有两种：复合转化成热等无效能源或参与表面反应，后者是我们理想的能量转变方式。只有光生载流子顺利迁移至催化剂表面并与催化剂表面吸附的电子给（受）体作用，才能发生理想的光催化氧化（还原）反应。在上述过程中，光生载流子的分离迁移过程，是连接半导体光激发和表面反应行为的中间环节。提高半导体催化剂的载流子分离效率，加速界面电荷转移是构造高效光催化材料需要解决的关键科学问题，也是当前国际光催化领域的研究前沿。

最近，人们开始关注铁电和压电材料在光催化技术中的应用。当采用压电材料时，压电材料受力作用下产生的内置电场有助于电荷分离。在国内外报道的光催化和压电复合材料中，氧化锌作为一种明星材料被广泛报道，但氧化锌的催化效率有待提高，且制备工艺复杂和产量低，无法满足工业化生产要求。

本发明公开了一种压电性能更为优良的新材料，能够在声波和光照同时作用下，促进光催化染料降解，其催化降解污染废水性能明显优于氧化锌单独光照或单独声波的作用。该材料能够实现光能-机械能的双捕获，在声波和光波协同驱动下进行污染废水降解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氯掺杂氧化锌纳米棒的制备及应用，其将材料的光催化性质与压电性质相结合，实现在声波作用下辅助光催化污染废水降解，其降解速率得到成倍提升。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种氯掺杂氧化锌纳米棒的制备及应用，该晶体属于非中心对称的六方纤锌矿结构；所述氯掺杂氧化锌纳米棒的长度为0.5mm-1mm，直径为30nm-60nm。

所述压电催化剂的制备方法，是以硬脂酸锌为锌源，氢氧化钾为碱源，氯化锌为氯源，甲醇为反应溶剂，通过醇热法制得所述氯掺杂氧化锌纳米棒。具体包括以下步骤：

（1）按摩尔比为1：1分别称取硬脂酸锌和氢氧化钾，将其分别溶于甲醇中，常温下搅拌制得两种反应物的醇溶液；

（2）将步骤（1）制得的两种反应物的醇溶液缓慢混合，边混合边搅拌30 min，然后称取氢氧化钾和氯化锌摩尔比为1：0.05的氯化锌加入上述混合液，继续搅拌30 min使其混合均匀然后将反应液转移至聚四氟乙烯反应釜中，溶剂热反应温度为100-200℃，溶剂热时间为24-72 h；

（3）反应结束后，用乙醇和去离子水洗涤样品，60℃干燥12 h，制得氯掺杂氧化锌纳米棒。

应用：所述氯掺杂氧化锌纳米棒催化剂在声波的作用下，促进光催化降解RhB废水，具体包括以下步骤：

1）将氯掺杂氧化锌纳米棒催化剂置于玻璃反应器中，加入RhB废水，超声使氯掺杂氧化锌纳米棒催化剂在RhB废水中分散均匀，将反应器置于黑暗中搅拌下暗吸附30分钟；