一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂及其制备方法，其中，按重量百分比计，以1‑5%的红磷和95‑99%的氧化锌为原料，采用封管煅烧法，制备出了氧化锌/红磷异质结复合光催化剂；在本发明专利技术中，所述氧化锌与红磷的独特相互作用增强了催化剂对光的吸收性能并加快光生载流子的输运过程，减小了电子‑空穴对的复合几率，提高了光催化的量子效率；同时红磷的保护作用使得氧化锌的光腐蚀得到抑制，进而有效提高其光催化产氢特性。在模拟太阳光下，本发明专利技术提供的氧化锌/红磷异质结复合催化材料具有极高的产氢速率，并且本发明专利技术的制备方法工艺简单，制备时间短，条件温和，成本低廉，可实现规模性生产。

A Zinc Oxide / red phosphorus heterojunction composite photocatalyst and preparation method thereof

The invention discloses a Zinc Oxide / red phosphorus heterojunction composite photocatalyst and preparation method thereof, wherein, the weight percentage of 1, 5% and 95 red 99% Zinc Oxide as raw material, using sealed tube calcination method, prepared by Zinc Oxide / red phosphorus heterojunction composite photocatalyst in the invention; the interaction of the unique, Zinc Oxide and red phosphorus enhanced absorption performance of the catalyst for light and accelerate the transport of photogenerated carriers, reduced electron hole pair recombination rate, improves the quantum efficiency of photocatalysis; and protective effect of red phosphorus makes Zinc Oxide light corrosion can be inhibited, and effectively improve the light the catalytic characteristics of hydrogen production. Under simulated sunlight, the invention provides the Zinc Oxide / red phosphorus heterojunction composite catalytic material hydrogen production rate is high, and the preparation method is simple, short preparation time, mild condition, low cost, can realize the scale of production.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及光催化剂领域，尤其涉及一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着社会的快速发展，人们对能源的需求越来越大，在传统能源面临枯竭以及污染逐渐严重的情况下，获得新能源是人们的必然要求。自1972年Fujishima和Honda发现TiO2电极在紫外灯照射下，可以将水分解成H2和O2开始，光催化剂就受到了广泛的关注。目前现有的以TiO2为代表的宽禁带半导体光催化剂对太阳光的响应只限于在紫外光区域，而紫外光区的能量只占到太阳光能的５％左右，这限制了对太阳能的使用效率。而可见光区的能量占到太阳能总能量的４７％左右，因此如何开发具有宽光响应范围的半导体光催化剂，充分利用太阳能，是目前光催化研究领域的重点课题。与纳米TiO2光催化剂相比，纳米ZnO原料易得、成本低廉，更有利于实现大规模工业化生产，因此在光催化领域具有更为广阔的应用前景。然而，现有技术所报道的ZnO光催化剂在强酸性和强碱性溶液中易于溶解，从而造成光催化剂的流失，此外Zn元素只以一种稳定的价态Zn2+存在于半导体化合物当中，易光腐蚀，这严重影响了纳米ZnO的光催化效率。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂及其制备方法，旨在解决现有的ZnO光催化剂易受光腐蚀以及光催化效率较低的问题。本专利技术的技术方案如下：一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其中，包括步骤：A、按重量百分比计，将1-5%的红磷和95-99%的氧化锌分别放置到一个大石英管和一个小石英管中；B、将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管中，并抽真空至负压，然后对所述大石英管进行封口；C、对所述大石英管进行500-600℃高温煅烧3-5h，待冷却至室温后将大石英管中生成的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂取出。所述的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其中，包括步骤：A1、按重量百分比计，将1%的红磷和99%的氧化锌分别放置到一个大石英管和一个小石英管中；B1、将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管中，并抽真空至负压，然后对所述大石英管进行封口；C1、对所述大石英管进行550℃高温煅烧4h，待冷却至室温后将大石英管中生成的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂取出。所述的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其中，将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管后，采用真空泵将所述大石英管抽至-0.1MPa，然后使用火焰枪对所述大石英管进行封口。所述的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其中，所述氧化锌为纳米级别的粉末状。所述的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其中，所述红磷为颗粒状。一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂，其中，采用上述任意一种制备方法制备得到。有益效果：本专利技术提供一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，采用封管煅烧法，以ZnO和红磷为原料，制备出氧化锌/红磷异质结复合光催化剂；ZnO与红磷的独特相互作用增强了催化剂对光的吸收性能并加快光生载流子的输运过程，减小了电子-空穴对的复合几率，提高了光催化的量子效率；同时红磷的保护作用使得ZnO的光腐蚀得到抑制，进而有效提高其光催化产氢特性。在模拟太阳光下，本专利技术提供的氧化锌/红磷异质结复合催化材料具有极高的产氢速率，并且本专利技术的制备方法工艺简单，制备时间短，条件温和，成本低廉，可实现规模性生产。附图说明图1为本专利技术一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法的较佳实施例的流程图。图2为本专利技术一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法的较佳实施例的示意图。图3为本专利技术方法获得的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂与普通氧化锌的光催化活性对比图。具体实施方式本专利技术提供一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其中，包括步骤：S1、按重量百分比计，将1-5%的红磷和95-99%的氧化锌分别放置到一个大石英管和一个小石英管中；S2、将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管中，并抽真空至负压，然后对所述大石英管进行封口；S3、对所述大石英管进行500-600℃高温煅烧3-5h，待冷却至室温后将大石英管中生成的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂取出。具体来说，按重量百分比计，将95-99%的纳米ZnO放置于尺寸约为0.5×5cm的小石英管中，将装有氧化锌的0.5×5cm石英管整体放入装有1-5%的红磷且尺寸约为1×25cm的大号石英管中，所述小石英管和大石英管的管口均朝上；将大石英管整体以真空泵抽至负压，此时大石英管内没有空气残留，将大石英管整体抽至-0.1MPa后使用火焰枪对大石英管封口处理；然后进行500-600℃高温煅烧3-5h，在煅烧过程中，所述红磷颗粒变成红磷蒸汽，所述红磷蒸汽与所述纳米ZnO结合生成异质结复合光催化剂，如图2所示，待所述大石英管冷却至室温后方可将样品取出，此时，大石英管中所得的样品为红磷和氧化锌形成的异质结复合光催化剂。较佳地，所述氧化锌为纳米级别的粉末状，所述红磷为颗粒状。本专利技术采用封管煅烧的方式用红磷对氧化锌表面进行了修饰，进而大幅度提升了氧化锌在模拟太阳光响应下的光催化水解产氢的效率，同时有效的改进了氧化锌光腐蚀性的不足。具体来说，所述ZnO与红磷的独特相互作用增强了催化剂对光的吸收性能并加快光生载流子的输运过程，减小了电子-空穴对的复合几率，提高了光催化的量子效率。同时红磷的保护作用使得ZnO的光腐蚀得到有效抑制，进而有效提高其光催化产氢特性。在光下，该复合催化材料具有极高的产氢速率。本专利技术提供的制备方法工艺简单，制备时间短，条件温和，成本低廉，可实现规模性生产。基于上述方法，本专利技术还提供一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂，其中，采用所述一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法制备而得。下面通过具体实施例对本专利技术一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法进行详细地解释说明：实施例1以1wt%红磷为例进行说明，用99wt%的纳米ZnO放置在尺寸约为0.5×5cm的小石英管中，将带有氧化锌的0.5×5cm石英管整体放入带有1wt%红磷且尺寸约为1×25cm的大号石英管中，所述小石英管和大石英管的管口均朝上。将大石英管整体以真空泵抽至负压即-0.1MPa后使用火焰枪对大石英管封口。然后整体至于反应舟中，550℃高温煅烧4小时，待自然冷却至室温后将样品取出。此时，所得的样品为红磷和氧化锌形成的异质结复合光催化剂。对于样品的光催化活性评价，本专利技术以光催化水分解为主要的测试手段。用玛瑙研钵仔细研磨后取50mg样品以及50mg的普通氧化锌进行光水解产氢反应；用10ml三乙醇胺作为牺牲剂同时加入50微升3wt%的氯铂酸作为助催化剂，用氙灯提供一个太阳光强度的模拟太阳光（AM1.5），进行光照条件下水分解反应，此过程为6小时，通过气相色谱仪测定最终收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、按重量百分比计，将1‑5%的红磷和95‑99%的氧化锌分别放置到一个大石英管和一个小石英管中；B、将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管中，并抽真空至负压，然后对所述大石英管进行封口；C、对所述大石英管进行500‑600℃高温煅烧3‑5h，待冷却至室温后将大石英管中生成的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂取出。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、按重量百分比计，将1-5%的红磷和95-99%的氧化锌分别放置到一个大石英管和一个小石英管中；B、将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管中，并抽真空至负压，然后对所述大石英管进行封口；C、对所述大石英管进行500-600℃高温煅烧3-5h，待冷却至室温后将大石英管中生成的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂取出。2.根据权利要求1所述的氧化锌/红磷异质结复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：A1、按重量百分比计，将1%的红磷和99%的氧化锌分别放置到一个大石英管和一个小石英管中；B1、将装有氧化锌的小石英管放置到所述装有红磷的大石英管中，并抽真空至负压，然后对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾昱嘉，陈加骐，金正元，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44