一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂制造技术

本发明专利技术提供了一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂及其制备方法和应用。采用CaTiO3或者Bi2WO6等层状结构化合物作为晶种，调控ZnO不同晶面的生长速度，使其暴露高比例极性晶面。采用所合成的片状ZnO催化剂高效降解阴离子染料甲基橙和阳离子染料罗丹明B，降解率高达90%以上。本发明专利技术制备方法简单，易于操作，对环境十分友好，可应用于染料废水降解。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂及其制备方法和应用。采用CaTiO3或者Bi2WO6等层状结构化合物作为晶种，调控ZnO不同晶面的生长速度，使其暴露高比例极性晶面。采用所合成的片状ZnO催化剂高效降解阴离子染料甲基橙和阳离子染料罗丹明B，降解率高达90%以上。本专利技术制备方法简单，易于操作，对环境十分友好，可应用于染料废水降解。【专利说明】一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂
本专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
半导体的表面性质对于光催化至关重要，半导体的光催化性能(活性和选择性)强烈依赖于其表面原子结构。表面原子排列和本征配位性决定了半导体表面对底物的吸附以及光生电子与表面底物间的转移能力。通常不同取向的晶面有着不同的表面原子排列和本征配位性。因此，半导体的光催化性能依赖于其暴露的晶面。大量的理论研究证明ZnO的各个晶面的表面自由能是不同的。通常情况下，晶体中极性晶面的表面能相对非极性晶面较高，属于不稳定面。因此，为了维持结构稳定，晶体在生长时尽可能增加非极性面而减少极性面的裸露，从整体上降低晶体的表面能。而通常暴露大比例的高能极性晶面具有较高的光催化性能。所以对纳米晶体裸露高能极性表面的制备具有重要的意义。目前大量涉及暴露氧化锌高能极性晶面的文献，大多采用有机表面活性剂和改性齐U，如:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，柠檬酸盐以及一些其他有机高分子等等。但是，有机添加剂对环境十分不友好。还有一些报道采用高温熔盐法、氨解法以及选取不同浓度的锌源等制备得到了暴露一定比例的氧化锌极性晶面。这些制备方法存在催化剂制备工艺复杂和原材料成本高等问题。下面提及的专利也涉及纳米氧化锌或其晶面控制方法: CN100500949公开了一种纳米氧化锌晶面可控生长的方法。该专利技术通过离子液体实现纳米氧化锌晶面可控生长的方法，该专利技术涉及的方法与结果均与本专利技术不同。CN103303966A公开了一种纤锌矿结构的氧化锌纳米片的制备方法。该专利技术采用的是水热法，搅拌下将四甲基铵加入硝酸锌水溶液中，得到悬浮液作为水热反应的前驱体浆料；将前驱体浆料密闭于反应釜系统中，经水热反应后得到纤锌矿结构的氧化锌纳米片，该专利技术没有使用晶种。CN102408124A公开了 ZnO纳米片状阵列的制备方法。该专利技术首先制备ZnO晶种溶液，并在基底上进行旋涂，然后配置ZnO纳米片生长的反应液，并将旋涂有晶种溶液的基底放入反应液中，密封，进行ZnO纳米片状阵列的生长，该专利技术使用的是ZnO晶种溶液，而本专利技术使用的是CaTiO3或者Bi2WO6等层状结构化合物作为晶种。CN102408124A公开了一种基于氧化锌纳米棒阵列制备氧化锌纳米片的方法，该专利技术先在洁净的平面衬底上制备出一层直立生长的氧化锌纳米棒阵列层；然后在锌离子生长溶液中生长，该专利技术使用的是氧化锌纳米棒阵列层，与本专利技术使用的CaTiO3或者Bi2WO6等层状结构化合物晶种不同。本专利技术提供一种制备方法简单，易于操作，对环境十分友好的制备方法，与以上报道在制备方法或晶体结构方面均有本质区别，并可应用于染料废水降解。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂及其制备方法和应用。制备方法简单，易于操作，对环境十分友好，可应用于染料废水降解。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂的暴露极性晶面比例高达90%以上。利用层状结构化合物作为晶种，采用化学浴的方法合成暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂。所述的层状结构化合物包括CaTiO3和Bi2W06。所述的暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂的制备方法包括以下步骤: (1)将2.0-10.0 mg CaTiO3或Bi2WO6分散于80-150mL去离子水中，超声10-40分钟，再分别加入1.0-2.0 g五水合硝酸锌和0.5-1.5g六亚甲基四胺，搅拌使之溶解，得前驱物； (2)将前驱物于60-120°C保温12-36小时，随后自然降温至室温，所得沉淀经蒸馏水洗涤数次后，于60-80°C烘12-24小时，即得所述的暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂。所述的氧化锌催化剂用于光催化降解阴离子型染料甲基橙和阳离子型染料罗丹明B。具体实验内容及检测方法为:将一定量的催化剂加入到不同含量的甲基橙或者罗丹明B模拟污染废水中，在磁力搅拌下，采用紫外光源照射一定时间，离心后，取上层清液，采用紫外可见分光光度计测量反应前后溶液吸光度。本专利技术的显著特点在于:利用CaTiO3或者Bi2WO6等层状结构化合物作为晶种，在化学浴条件下，调控ZnO不同晶面的生长速度，使其暴露高比例极性晶面。所合成的暴露高比例极性晶面的片状ZnO催化剂能够高效降解阴离子染料甲基橙和阳离子染料罗丹明B。本专利技术制备方法简单，易于操作，对环境十分友好，并可应用于染料废水处理。【专利附图】【附图说明】图1是实施例1合成的催化剂的场发射扫描电镜图。图2是实施例2合成的催化剂的场发射扫描电镜图。【具体实施方式】下面列举实施例进一步说明本专利技术。实施例1 将4.8 mg CaTiO3层状结构化合物晶种溶解于100 mL的去离子水中，超声10分钟，再将1.487 g五水合硝酸锌及0.7 g六亚甲基四胺分别溶解于上述100 mL的去离子水中，搅拌即得前驱物。将前驱物置于150mL圆底烧瓶中，放入油浴锅中，并在90°C保温24小时，随后自然降温至室温，所得沉淀经蒸馏水洗涤数次后，在80°C条件下烘干24小时，即得催化齐U。经场发射扫描电镜观察，其形貌为六方片状结构。实施例2 将4.8 mg Bi2WO6层状结构化合物晶种溶解于100 mL的去离子水中，超声40分钟，再将1.487 g五水合硝酸锌及0.7 g六亚甲基四胺分别溶解于上述100 mL的去离子水中，搅拌即得前驱物。将前驱物置于150mL圆底烧瓶中，放入油浴锅中，并在90°C保温24小时，随后自然降温至室温，所得沉淀经蒸馏水洗涤数次后，在80°C条件下烘干24小时，即得催化齐U。经场发射扫描电镜观察，其形貌为六方片状结构，片的厚度约为50 nm。实施例3 称取80毫克实施例1合成的催化剂，加入到80毫升5 ppm的甲基橙溶液中，在800转磁力搅拌下，采用365 nm紫外光源，进行照射200分钟后，离心，过滤，取上清液通过Cary50紫外可见分光光度计检测，甲基橙的去除率达到了 92%。实施例4 称取80毫克实施例1合成的催化剂，加入到80毫升5 ppm的罗丹明B溶液中，在800转磁力搅拌下，采用365 nm紫外光源，进行照射200分钟后，离心，过滤，取上清液通过Cary50紫外可见分光光度计检测，罗丹明B的去除率达到了 95%。实施例5 称取80毫克实施例2合成的催化剂，加入到80毫升5 ppm的甲基橙溶液中，在800转磁力搅拌下，采用365 nm紫外光源，进行照射200分钟后，离心，过滤，取上清液通过Cary50紫外可见分光光度计检测，甲基橙的去除率达到了 90%。实施例6 称取80毫克实施例2合成的催化剂，加入到80毫升5 ppm的罗丹明B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种暴露高比例极性晶面片状氧化锌催化剂，其特征在于：ZnO催化剂暴露极性晶面比例高达90%以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，黄绵丽，付贤智，陈旬，胡俊，翁孙贤，郑祖阳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35