一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法技术

本发明专利技术提供一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，属于光催化材料技术领域。包括：1)将醋酸锌溶解于无水乙醇中，水浴加热搅拌后，将溶解有(NH4)3PO4的甲醇溶液加入其中；2)将草酸溶解于无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌‑磷酸铵溶液中剧烈搅拌；3)转移烘干，固体经研磨、煅烧后得到ZnO产物。本发明专利技术表面光电压信号显著增强型ZnO的制备方法，操作简便，原料易得、易于实现且安全可靠。本发明专利技术在适量(NH4)3PO4辅助下制备的ZnO较未添加(NH4)3PO4或者添加过多(NH4)3PO4制备的ZnO在300～400nm区间表面光电压信号显著增强，这对于提高光催化活性具有重要的现实意义。

A fabrication method of surface photovoltage signal enhanced ZnO

The invention provides a preparation method of surface photovoltage signal enhanced ZnO, which belongs to the technical field of photocatalytic materials. It includes: 1) dissolving zinc acetate in anhydrous ethanol, stirring in water bath, adding methanol solution dissolved in (NH4) 3PO4 to it; 2) dissolving oxalic acid in anhydrous ethanol, adding step 1) stirring vigorously in the solution of zinc acetate ammonium phosphate; 3) transfer drying, grinding and calcination of solid to obtain zinc oxide products. The preparation method of the surface photovoltage signal significantly enhanced type ZnO has the advantages of simple operation, easy access to raw materials, easy realization and safety and reliability. The ZnO prepared by the method with the assistance of a proper amount of (NH4) 3PO4 has a remarkable enhancement of the photovoltage signal on the surface of the ZnO prepared by adding (NH4) 3PO4 or excessive (NH4) 3PO4 in the range of 300-400 nm, which has an important practical significance for improving the photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法
本专利技术属于光催化材料
，具体为一种用于光催化领域的表面光电压信号增强型ZnO的制备方法。
技术介绍
纳米ZnO是一种功能性很强的无机材料，在光催化、气敏传感器、太阳能电池、光电器件等领域具有广泛实际的应用价值。纳米ZnO是一种宽带隙(室温下3.37eV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，激子结合能为60meV，当受到紫外光照时，纳米ZnO发生对光的吸收，其价带上的电子被激发，越过禁带跃迁进入导带，从而产生电子-空穴对。这些电子-空穴对在水中可以生成羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(·O2－)，由于它们具有强氧化性，当它们在水中与有机污染物接触时，将有机物转变为自由基，接着在活性氧分子作用下被氧化成为氧自由基，这些中间化合物越过能垒自发降解，产物为无污染的水、二氧化碳及矿化物，起到降解废水中有机物的作用。纳米ZnO是N型半导体，其性质主要是由锌与氧原子的化学计量比例偏差所产生，其中氧空位和锌间隙缺陷为施体能阶提供电子，且电阻率很高；纯纳米ZnO易与环境中的氧原子反应而使其特性较不稳定；同时ZnO光催化材料存在光生电子-空穴对易复合，可见光响应性差以及严重的光腐蚀缺陷等问题，约束了其在实际中的应用。为满足实际应用，纳米ZnO的光生电荷分离效应和光催化活性有待于进一步提高。为此人们对其做了诸如掺杂、构筑异质结等改性研究。在众多手段中改变光催化剂表面态是提高光生电荷分离效应和光催化活性非常有效的方法。在影响光催化活性的诸多因素中，光生电子-空穴的分离效应起着至关重要的作用。一般认为表面光电压越强则光生电荷分离速度越快，光催化性能越高。因此，提高纳米ZnO光催化剂电子-空穴的分离效应实现其工业化应用是必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，在氧化锌的制备过程中加入磷酸铵可以显著增强产物氧化锌的表面光电压信号。本专利技术目的通过以下技术方案来实现：一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，包括以下步骤：1)将醋酸锌溶解于无水乙醇中，水浴加热搅拌后，将溶解有(NH4)3PO4的甲醇溶液加入其中；2)将草酸溶解于无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌-磷酸铵溶液中剧烈搅拌；3)转移烘干，固体经研磨、煅烧后得到ZnO产物。半导体光催化剂在光照情况下，会产生表面光电压。表面光电压大小与诸多因素有关，其中光催化剂表面态起着重要作用。在ZnO合成体系中加入适量磷酸铵，在加热过程中磷酸铵会分解成氨气和磷酸，氨气的产生会增加ZnO的比表面，增强光生电荷的分离；此外残留的PO43-会和ZnO发生键合作用，影响ZnO内建电场，最终影响表面光电压的大小。醋酸锌能较好地溶解于乙醇中，磷酸铵能较好溶解于甲醇中。将磷酸铵-甲醇溶液滴加到醋酸锌-乙醇溶液中，可以借此将磷酸铵带入到合成体系中，制备得到表面光电压信号增强的ZnO。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，步骤1)中，所述醋酸锌的质量与无水乙醇的体积比为2.19g:150ml～2.19g:100ml；所述(NH4)3PO4的质量与甲醇溶液的体积比为0.0025g～0.01g:20ml。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，步骤1)中所述水浴加热搅拌的温度为60℃～80℃，时间为0.5h～2h。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，步骤1)中，所述(NH4)3PO4中N与醋酸锌中Zn的摩尔比N/Zn为0.5～3:100。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，步骤2)中，所述草酸的质量与无水乙醇的体积比为2.51g:60ml～2.51g:40ml。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，步骤2)中，所述草酸于60℃～80℃溶解于无水乙醇；所述剧烈搅拌的时间为2h～4h。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，步骤3)中，所述烘干温度为80～100℃，时间为12～14h；所述煅烧温度为400～500℃，时间为2h～4h。作为本专利技术所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法的一个具体实施例，包括以下步骤：1)将2.19g醋酸锌溶解于100mL～150mL无水乙醇中，水浴加热到60℃～80℃搅拌0.5h～2h；将溶解有(NH4)3PO4的20ml甲醇溶液加入其中，N/Zn的摩尔比为0.5％～3％；2)将2.51g草酸于60℃～80℃下溶解于40～60mL的无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌-磷酸铵溶液中剧烈搅拌2h～4h；3)将步骤2)得到的产物转移至烘箱中于80～100℃下烘12～14h，将得到的固体取出并研磨，然后放入马沸炉中在400～500℃下煅烧2h～4h后得到ZnO产物。一种表面光电压信号增强型ZnO，采用上述所述的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术表面光电压信号显著增强型ZnO的制备方法，操作简便，原料易得、易于实现且安全可靠。2、本专利技术在适量(NH4)3PO4辅助下制备的ZnO较未添加(NH4)3PO4或者添加过多(NH4)3PO4制备的ZnO在300～400nm区间表面光电压信号显著增强，这对于提高光催化活性具有重要的现实意义。附图说明图1为对比例1所得ZnO产品的XRD图。图2为对比例1和实施例1所得产品的表面光电压信号对比。图3为对比例1和实施例2所得产品的表面光电压信号对比。图4为对比例1和实施例3所得产品的表面光电压信号对比。图5为对比例1和实施例4所得产品的表面光电压信号对比。图6为对比例1和实施例5所得产品的表面光电压信号对比。图7为实施例5所得产品ZnO的XRD图。图8为对比例1和实施例6所得产品的表面光电压信号对比。图9为对比例1和实施例7所得产品的表面光电压信号对比。图10为对比例1和实施例8所得产品的表面光电压信号对比。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。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。下述实施例中，产物ZnO晶相采用DX-2600X射线粉末衍射表征；表面光电压测试在吉林大学组装的表面光电压谱上测试，光源为氙灯，采用锁相放大器将采集的信号放大，样品压在导电玻璃和金属铜基地之间，波长测试范围300～500nm，具体测试方法及操作采用常规技术手段。本实施例中所述的摩尔比为物质的量之比。对比例1本对比例在制备过程中没有加入磷酸铵，具体制备过程如下：1)将2.19g醋酸锌溶解于100mL无水乙醇中，水浴加热到60℃搅拌0.5h。2)将2.51g草酸于60℃下溶解于40mL的无水乙醇，然后加入到醋酸锌溶液中，剧烈搅拌2h。3)把溶液转移至烘箱中80℃烘12h，将得到的固体取出并研磨，放进马弗炉中在400℃下煅烧2h后得到ZnO，测试表面光电压。图1为对比例1所得产品的XRD图。从图1可以看出，所制备的样品与ZnO标准卡片号(JCPDS79-0206)完全一致，说明所制备样品为ZnO，且没有杂峰，表明样品纯度较高。实施例1本实施例表面光电压信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将醋酸锌溶解于无水乙醇中，水浴加热搅拌后，将溶解有(NH4)3PO4的甲醇溶液加入其中；2)将草酸溶解于无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌‑磷酸铵溶液中剧烈搅拌；3)转移烘干，固体经研磨、煅烧后得到ZnO产物。

【技术特征摘要】
1.一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将醋酸锌溶解于无水乙醇中，水浴加热搅拌后，将溶解有(NH4)3PO4的甲醇溶液加入其中；2)将草酸溶解于无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌-磷酸铵溶液中剧烈搅拌；3)转移烘干，固体经研磨、煅烧后得到ZnO产物。2.如权利要求1所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述醋酸锌的质量与无水乙醇的体积比为2.19g:150ml～2.19g:100ml；所述(NH4)3PO4的质量与甲醇溶液的体积比为0.0025g～0.01g:20ml。3.如权利要求1所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述水浴加热搅拌的温度为60℃～80℃，时间为0.5h～2h。4.如权利要求1所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述(NH4)3PO4中N与醋酸锌中Zn的摩尔比N/Zn为0.5～3:100。5.如权利要求1所述一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述草酸的质量与无水乙醇的体积比为2.51g:60ml～2.51g:40ml。...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟俊波，王涛，黄娇，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51