一种ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料及其制备方法。所述方法包括如下步骤：1)含In化合物和含Na化合物通过固相烧结法制备NaInO2；2)以NaInO2为前驱体，与AgNO3，KNO3通过离子交换法制备Ag@AgInO2；3)Zn(NO3)2·6H2O与Ag@AgInO2通过浸渍法制备ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料。所得光催化材料通过过渡金属氧化物ZnO助剂，对具有等离子体效应新型光催化剂Ag@AgInO2进行表面修饰和改性，不仅提高了其光催化活性，而且提高了其光诱导稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料及其制备方法，属于无机功能材料的制备及应用领域。
技术介绍
当前，为了提高光解水效率，各国研究人员深入研究了具备不同能级结构的半导体材料的光催化分解水的反应原理，并通过贵金属沉积、过渡阳离子掺杂、染料敏化、复合半导体等方法延长响应入射光的波长范围，阻滞光生电子对的复合来提高对阳光的利用率。CN103480372A公开了一种AgAlO2/TiO2光催化材料的制备方法。其先采用溶胶-凝胶法制备TiO2，再利用溶胶-凝胶法制备NaAlO2，最终利用离子交换法制备AgAlO2/TiO2异质光催化材料，该材料通过p型半导体AgAlO2与n型半导体TiO2形成p-n异质结构光催化材料，一定程度上提高了光催化活性，但在使用过程中发现其光诱导稳定性还有待于进一步改善。自然Z型光合作用，即通过两种不同光催化半导体材料的能级结构耦合，阻滞光生电子一空穴对的复合和逆反应的发生，提高对阳光的利用效率。Z型光催化材料的电子传递过程是在两个光系统(PS I和PSⅡ)串联配合下完成的，电子介体按照氧化还原电位高低排列，使电子传递链呈“Z”字形，故而得名。
技术实现思路
为了进一步提高光催化材料的降解性能，本专利技术提供一种基于自然Z型光合作用的新型光催化材料的制备方法，所得光催化材料具有较高的光生电子-空穴对的产额和量子产率，表现出更好的可见光催化活性和光诱导稳定性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下。一种ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料的制备方法，包括如下步骤：1)含In化合物和含Na化合物通过固相烧结法制备NaInO2；2)以NaInO2为前驱体，与AgNO3，KNO3通过离子交换法制备Ag@AgInO2；3)Zn(NO3)2·6H2O与Ag@AgInO2通过浸渍法制备ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料。本专利技术结合固相烧结法、离子交换法和浸渍法制备ZnO/Ag@AgInO2异质光催化材料，不仅可以拓宽光催化材料的光谱响应范围，构成多步分级吸光体制提高对太阳光的吸收和转换率，而且通过导带和价带的能带结构耦合实现光催化反应体系的电荷平衡，提高光生电子-空穴对的产额，抑制电子-空穴对的重新复合，提高量子产率，从而表现出更好的可见光催化活性和光诱导稳定性；同时采用固相烧结法制备前驱体NaInO2，更有利于材料的工业化生产。本专利技术中，步骤1)中，所述含In化合物与含Na化合物的摩尔比为1：(1～4)，优选1:2。本专利技术中，步骤1)中，所述含In化合物选自三氧化二铟(In2O3)、硝酸铟(In(NO3)3·nH2O)、氯化铟(InCl3·nH2O)中的一种或两种以上；本专利技术中，步骤1)中，所述含Na化合物选自碳酸钠(Na2CO3)、醋酸钠(CH3COONa·nH2O)、过氧化钠(Na2O2)中的一种或两种以上。本专利技术中，步骤1)中，所述固相烧结法工艺条件为：煅烧温度为700～900℃，温度时间为2～5h。作为本专利技术优选的实施方式，步骤1)所述固相烧结法制备NaInO2具体步骤为：将含In化合物和含Na化合物按照摩尔比为1：(1～4)的比例混合均匀后，研磨，将混合物于700～900℃煅烧2～5h，冷却至室温，即得NaInO2。本专利技术中，步骤2)中，所述NaInO2与AgNO3、KNO3摩尔比为1:(1～5):(1～4)，优选1:1.5:1.5。本专利技术中，步骤2)中，所述离子交换工艺条件为：先于200～280℃焙烧3～15h，再升温至350～650℃保温2～5h。优选250℃焙烧9～11h，再升温至450℃保温2～5h。作为本专利技术优选的实施方式，所述离子交换法制备Ag@AgInO2具体步骤为：将NaInO2与AgNO3，KNO3按照摩尔比为1:(1～5):(1～4)的比例混合，研磨后，在200～280℃温度条件下焙烧3～15h，再提高至350～650℃保温2～5h，洗涤，离心分离，烘干，即得Ag@AgInO2。本专利技术中，步骤3)中，所述Ag@AgInO2与Zn(NO3)2·6H2O的质量比为1：0.01～1；优选1：0.05～0.45。作为本专利技术优选实施方式，所述浸渍法制备ZnO/Ag@AgInO2具体步骤为：先将Zn(NO3)2·6H2O溶解，再加入Ag@AgInO2，60～70℃水浴条件下，搅拌至水分完全蒸发，于300～600℃煅烧2～5h，冷却至室温，即得ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料。本专利技术还提供上述方法制备得到的ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料，其中，所述Ag@AgInO2与ZnO的质量比为1:(0.01～0.2)。与现有技术相比，本专利技术所述技术方案具有如下技术效果：本专利技术结合固相烧结法、离子交换法和浸渍法制备ZnO/Ag@AgInO2异质光催化材料，通过ZnO与Ag@AgInO2构建Z型光催化材料，不仅可以拓宽光催化材料的光谱响应范围，构成多步分级吸光体制提高对太阳光的吸收和转换率，而且ZnO与Ag@AgInO2两种材料通过导带和价带的能带结构耦合，可以实现光催化反应体系的电荷平衡，在提高其光生电子-空穴对的产额的同时，有效抑制电子-空穴对的重新复合，提高其量子产率，不仅表现出更好的可见光催化活性，而且有效提高了材料的光诱导稳定性。本专利技术制备方法独特，具有反应条件温和，容易操作，便于产业化生产等特点，且所制备的产品光催化性能优异。附图说明图1是本专利技术实施例1-5所制备ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料及两种单体ZnO和Ag@AgInO2的XRD图。图2是本专利技术实施例3所制备10wt％ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料的SEM图。图3是本专利技术实施例1-5所制备AgAlO2/TiO2异质光催化材料与单体Ag@AgInO2降解亚甲基蓝溶液的光催化性能图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1 5％ZnO/Ag@AgInO2异质光催化材料(1)固相烧结法制备前驱体NaInO2分别以In2O3和Na2CO3为含In和含Na化合物，按照In2O3和Na2CO3摩尔比为1：1.5的比例混合均匀后，在玛瑙研钵中研磨10min，将混合物转移到刚玉坩埚中，850℃煅烧3h，冷却至室温，即得前驱体NaInO2；(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)含In化合物和含Na化合物通过固相烧结法制备NaInO2；2)以NaInO2为前驱体，与AgNO3、KNO3通过离子交换法制备Ag@AgInO2；3)Zn(NO3)2·6H2O与Ag@AgInO2通过浸渍法制备ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料的制备方法，其
特征在于，包括如下步骤：
1)含In化合物和含Na化合物通过固相烧结法制备NaInO2；
2)以NaInO2为前驱体，与AgNO3、KNO3通过离子交换法制
备Ag@AgInO2；
3)Zn(NO3)2·6H2O与Ag@AgInO2通过浸渍法制备
ZnO/Ag@AgInO2异质Z型光催化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，
所述含In化合物与含Na化合物的摩尔比为1：(1～4)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，
所述含In化合物选自三氧化二铟、硝酸铟、氯化铟中的一种或两种
以上；所述含Na化合物选自碳酸钠、醋酸钠、过氧化钠中的一种或
两种以上。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，
所述固相烧结法工艺条件为：煅烧温度为700～900℃，温度时间为
2～5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所
述固相烧结法制备NaInO2具体步骤为：将含In化合物和含Na化合
物按照摩尔比为1：(1～4)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向超，张世英，许第发，罗卓，游洋，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43