[发明专利]一种氧化锌微米棒压电催化剂及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种氧化锌微米棒压电催化剂及其制备方法与应用，利用乙酸锌作为锌盐，六亚甲基四胺作为碱源，通过水热方法制备得到氧化锌微米棒。所得到的氧化锌微米棒由于其压电性能和棒状结构，能够吸收周边环境中的机械能产生压电效应，在其表面产生载流子，从而驱动降解废水中的污染物。该方法为处理水污染提供了新的途径，可以充分利用环境中的废能如噪声、水流等治理污水，而不需要其他能量的补充。该方法操作简单，成本低，重复性好，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于压电催化技术领域，特别涉及氧化锌微米棒压电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

工业社会的快速发展，使得人们面临日益严峻的环境污染问题，其中工业产生的废水中含有大量的有机污染物质，这些有害污染物对生物健康造成巨大的危害。光催化材料可以在一定能量光波的激发下产生电子空穴对，载流子迁移到材料表面可以与表面吸附物质发生氧化还原反应。利用这一特性，光催化材料可以应用于降解有机污染物、光解水产氢等领域。然而，光催化材料在水污染处理的应用依然面临许多问题，包括：（1）太阳光是光催化材料最理想的激发光源，但是大部分光催化材料只对太阳光谱中比例较小的紫外光响应，从而导致太阳光利用率较低；（2）光催化材料需要在光照条件下才能发挥作用，限制了其应用范围和场景，无法全天候进行催化反应；（3）一些光催化材料稳定性较差，在经过一段时间的使用之后会发生光氧化的现象。

氧化锌是一种紫外光响应的半导体光催化材料，同时也是一种应用广泛的压电材料，当一根 ZnO 纳米棒受到沿径向方向的横向应力时，晶体结构内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的静态电荷，这些分布在表面和界面的电荷同样可以催化降解有机污染物。因此利用氧化锌这一压电特性，在搅拌、超声、水流等外部能量作用下，可以将机械能装换为化学能，实现催化降解污水中的有机污染物。

发明内容

解决的技术问题：本申请主要是提出一种氧化锌微米棒压电催化剂及其制备方法与应用，解决现有技术中存在的太阳光利用率较低、稳定性较差、无法全天候进行催化反应等技术问题，所制备的氧化锌为微米级的棒状结构，可以在超声、搅拌等机械能作用下实现降解有机污染物，而不需要光源。

技术方案：

一种氧化锌微米棒压电催化剂，所述氧化锌微米棒的长度为4~12 µm，直径为1~4 µm，其晶体结构为六方纤锌矿型。

一种氧化锌微米棒压电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步：按摩尔比1:1~1:2称取锌盐和碱源；

第二步：以去离子水为反应溶剂，将锌盐和碱源溶于去离子水中，在25℃下搅拌60min得到混合均匀的水溶液；

第三步：将水溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中水热法反应；

第四步：反应结束后，用去离子水洗涤样品；

第五步：最后在200℃空气中煅烧2h，制得所述氧化锌微米棒压电催化剂。

作为本发明的一种优选技术方案：所述锌盐为乙酸锌，所述锌盐为乙酸锌。

作为本发明的一种优选技术方案：所述碱源为六亚甲基四胺。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步水热法的反应温度为60~120 ℃，反应时间为8~15 h。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第四步去离子水洗涤后的样品在60℃真空干燥12h。

本发明还公开了一种氧化锌微米棒压电催化剂在水污染处理中的应用。

作为本发明的一种优选技术方案：所述氧化锌微米棒压电催化剂能够在声波驱动下降解有机污染物。