一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化锌催化材料的制备方法，属于纳米功能材料技术领域。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。本发明专利技术的氧化锌催化材料包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片；具有平面同质结结构，有效地促进了光生载流子的分离，同时由于氧化锌纳米片自身具有更高的反应活性以及更多的活性暴露位点，极大地提高了氧化锌催化材料的光电催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及功能材料
，尤其涉及一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着经济与科技的高速发展，人民生活水平以及生活质量得到提高的同时也伴随着诸多问题的出现。例如：工业革命后化石能源的快速消耗引起的能源危机，汽车尾气和工厂废气的大量排放导致空气质量的急剧下降，纺织工业的发展以及杀虫剂、表面活性剂的滥用对水资源的污染等都引起了严重的资源和环境危机。上述问题对人们的生产生活造成巨大的困扰。因而，寻找清洁、可持续能源和开发具有成本低廉、高效以及无二次污染的环境处理技术成为人们的迫切需求。传统的污染治理方法主要有：物理吸附法、化学氧化还原法、生物降解法以及填埋焚烧法。但这些技术在不同程度上存在成本高、效率低以及处理步骤繁琐等缺陷，难以从根本上解决污染问题，抑或是副产物的产生而导致二次污染，难以大规模的工业化应用。光催化氧化技术作为一种具有巨大发展潜力的新兴技术，其能够利用自然界太阳光这一天然优势，不仅能够缓解日趋紧张的能源危机，同时在光催化降解有机染料以及抗生素等生物难降解物质方面展现出显著效果。因而，制备具有高效太阳能利用效率的半导体材料成为了当今科学研究热点。ZnO作为一种常用的宽带隙纳米半导体材料，因其优良的光电性能、高效的光催化活性、光敏性能以及良好的生物相容性得到广泛关注和发展。ZnO的形貌结构对光催化活性有着极大的影响。目前，国内外有研究者通过水热法制备得到海胆状ZnO，但单纯的海胆状ZnO由于其过宽的带隙使其仅在紫外光区吸收，以及过快的电子-空穴对复合速率严重阻碍了其在光催化领域中的应用与发展。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供了一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用。采用本专利技术的方法制备的氧化锌催化材料包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片；所述氧化锌催化材料的直径为3～6μm，长度为15～18μm，具有平面同质结结构，有效地促进光生载流子的分离，能够提高光电催化效率，广泛应用于生物难降解有机物处理、染料敏化太阳能电池以及光催化还原CO2领域。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种氧化锌催化材料的制备方法，包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。优选地，所述二水醋酸锌水溶液的质量浓度为15～30mg/mL。优选地，所述水热反应的温度为70～120℃。优选地，所述水热反应的时间为7～12h。优选地，所述水热反应的压力为100～275KPa。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的氧化锌催化材料，其特征在于，包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片；所述氧化锌催化材料的直径为3～6μm，长度为15～18μm。优选地，所述氧化锌纳米片负载在哑铃状氧化锌的(101)晶面上。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锌催化材料在催化有机物降解领域的应用。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锌催化材料在染料敏化太阳能电池领域的应用。本专利技术还提供了上述技术方案所述氧化锌催化材料在光催化还原二氧化碳领域的应用。本专利技术提供了一种氧化锌催化材料的制备方法，包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。本专利技术通过控制二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比，通过水热反应由晶核生长得到六棱柱型基体，其中Zn暴露面带正电，O暴露面带负电，在静电吸引力的作用下结合形成哑铃状氧化锌，反应得到了包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片的氧化锌催化材料。本专利技术的氧化锌催化材料具有平面同质结结构，有效地促进了光生载流子的分离，同时由于氧化锌纳米片自身具有更高的反应活性以及更多的活性暴露位点，极大地提高了催化材料的光电催化效率，可广泛应用于生物难降解有机物处理、染料敏化太阳能电池以及光催化还原CO2等领域。从实施例可以看出，氧化锌催化材料对罗丹明B的降解效率达到88.8％。附图说明图1为实施例1得到的氧化锌催化材料的扫描电镜谱图；图2为实施例1得到的氧化锌催化材料的透射电镜谱图；图3为实施例1得到的氧化锌催化材料的X射线衍射谱图；图4为加入实施例1得到的氧化锌催化材料后，罗丹明B剩余量随时间的变化曲线；图5为加入实施例2得到的氧化锌催化材料后，罗丹明B剩余量随时间的变化曲线；图6为加入实施例3得到的氧化锌催化材料后，罗丹明B剩余量随时间的变化曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种氧化锌催化材料的制备方法，包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。本专利技术将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液。本专利技术对所述二水醋酸锌水溶液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水溶液制备方法即可；具体的，如包括以下步骤：在磁力搅拌的情况下，将二水醋酸锌溶于水中，得到二水醋酸锌水溶液。在本专利技术中，所述二水醋酸锌水溶液的质量浓度优选为15～30mg/mL，更优选为18～28mg/mL，最优选为20～25mg/mL。在本专利技术中，所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5，优选为1.8～2.3，最优选为1.9～2.1。本专利技术对所述混合的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的，如搅拌。在本专利技术中，所述搅拌的转速优选为500～1000r/min，更优选为600～900r/min，最优选为700～800r/min。在本专利技术中，所述搅拌的时间优选为10～20min，更优选为12～18min，最优选为14～16min。在本专利技术中，所述前驱体溶液中，二水醋酸钠及六亚甲基四胺充分分散溶解在水中，形成均匀稳定的前驱体溶液。得到前驱体溶液后，本专利技术将前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料。在本专利技术中，所述水热反应的温度优选为70～120℃，更优选为80～110℃，最优选为90～100℃。在本专利技术中，所述水热反应的时间优选为7～12h，更优选为8～11h，最优选为9～10h。在本专利技术中，所述水热反应的压力优选为100～275KPa，更优选为125～250KPa，最优选为150～200KPa。水热反应结束后，本专利技术优选将水热反应产物自然冷却至室温，然后固液分离，得到白色沉淀；将白色沉淀清洗、干燥，得到所述氧化锌催化材料。在本专利技术中，所述清洗的药剂优选为去离子水。在本专利技术中，所述干燥的方式优选为恒温干燥。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃。在本专利技术中，所述干燥时间优选为2～5h，更优选为3～4h。本专利技术对所述干燥的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的恒温干燥箱即可。在本专利技术中，前驱体溶液在高温高压的水热环境下，氢氧化锌和六亚甲基四胺络合生成哑铃状氧化锌，随着反应时间的增加，表面缺陷减少，哑铃状氧化锌表面态变得光滑，同时伴随着氧化锌纳米片的出现，自负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锌催化材料的制备方法，包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌催化材料的制备方法，包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二水醋酸锌水溶液的质量浓度为15～30mg/mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为70～120℃。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的时间为7～12h。5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：周艺，向烨，赵大伟，邓越红，朱洁，武菀，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43