微米/纳米ZnFe制造技术

本发明专利技术涉及一种微米/纳米ZnFe

Micro / nano ZnFe

【技术实现步骤摘要】
微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层制备方法及应用
本专利技术属于复合涂层
，特别是涉及一种微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层的制备方法、由上述方法制备的异质结复合涂层及其在光催化降解有机污染物中的应用。
技术介绍
光催化作用机理是当光照射至半导体表面时，能量hv大于禁带宽度Eg的光电子被吸收而将价带的电子激发到导带，在半导体中产生光生电子和空穴。所产生的光生电子和孔穴分别具有强还原性和强氧化性。Fe2O3是非常重要且具有潜力的稳定高效的光阳极材料,已成为近年来研究的热点；然而，Fe2O3诸如电荷传输差、表面复合严重、电荷转移动力学缓慢等限制了其实际应用。ZnFe2O4纳米材料为尖晶石结构是一种具有较高光催化活性并对可见光敏感的半导体催化剂。现有技术中对ZnFe2O4-Fe2O3做了大量研究。中国专利CN109837516A公开了一种磁控溅射制备ZnFe2O4/Fe2O3三维异质结纳米材料的方法，分别以Fe和ZnO作为靶材，Fe靶材通过直流溅射源进行溅射，ZnO靶材通过射频溅射源进行溅射，对Fe靶材和ZnO靶材同时进行磁控溅射，溅射完成后，取出产物并放置在马沸炉中高温退火处理，得到具有复杂纳米结构的ZnFe2O4/Fe2O3三维异质结纳米材料。操作简便，制备快捷，重复性高，成本低廉，制备得到的材料具有异质结的三维复合纳米结构，有效的提升了反应表面积，可以制造出不同掺杂比的复合材料，从而有效地提升复合材料的光电催化性。“α-Fe2O3/ZnFe2O4复合粉体制备及其光催化降解亚甲基蓝”采用共沉淀焙烧法制备了不同α-Fe2O3/ZnFe2O4摩尔比的α-Fe2O3/ZnFe2O4异质结复合粉体。结果表明，与单相α-Fe2O3或ZnFe2O4相比，复合材料的光催化活性显著提高，α-Fe2O3/ZnFe2O4摩尔比1:1时光催化性能最佳，光学带隙为1.94eV，对太阳光谱的利用率约为41％，210min内对亚甲基蓝溶液的降解率达99.65％。然而该方法并不适合涂层的制备。“Micro-Nano-StructuredFe2O3:Ti/ZnFe2O4HeterojunctionFilmsforWaterOxidation”通过简单水热法制备了微米-纳米结构Fe2O3:Ti/ZnFe2O4异质结光电极。微米-纳米结构可有效提高光电流密度，从而提高水分解的效率。“微/纳结构Fe3O4/ZnFe2O4的合成及其在光催化硅藻泥中应用”通过一步水热法制备了针状微/纳结构Fe3O4/ZnFe2O4复合粉末。中国专利CN104525209A公开了氧化铁—铁酸锌异质结薄膜及其制备方法及在光催化中的应用，铁酸锌包覆在多孔结构的氧化铁薄膜表面形成复合异质结结构，首先制备纳米结构氧化铁，采用原子层沉积系统在多孔氧化铁薄膜上均匀包覆氧化锌，通过高温焙烧的方法使氧化铁与氧化锌发生固态反应生成铁酸锌，采用强碱溶液将表面富余的氧化锌浸渍去除。异质结结构能够促进光生电子-空穴在氧化铁与铁酸锌界面的分离，有利于提高氧化铁的光催化活性，显著提升了光催化材料的可见光分解水效率。中国专利CN108588626A公开了一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构二氧化钛涂层及其制备方法，采用含有纳米TiO2粉体的喷涂液料，利用真空感应等离子体喷涂技术在基材表面沉积得到所述微米/纳米多级结构二氧化钛涂层。但是该方案着重研究二氧化钛涂层的生物相容性，并没有涉及光催化性能。对于如何与其他材料复合并没有过多的研究。虽然水热合成法、共沉淀法操作简单，但是却不能有效的调节和控制铁酸锌的含量，仍需要再次配制一定比例溶液进行水热反应，操作繁琐，而且由于在后续进行反应，铁酸锌与三氧化二铁的含量很容易偏离理论计算值。如何获得具有高光催化活性结构且能够有效调节和控制铁酸锌含量依然是需要研究方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足和缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种光催化微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层的制备方法。通过改进液相感应等离子喷涂技术，并对液相进料进行改进，采用分离的液相悬浮液作为喷涂材料，在基体上制备了ZnFe2O4含量可调节的具有微米/纳米结构的ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种光催化微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层的制备方法，包括如下步骤：S1.基体预处理：对于非金属基体，基体依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗3-5min，再置于烘箱中30～70℃干燥5-10min；对于金属基体，基体先用0.1-0.5wt％HCl溶液浸泡1-3min，然后依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗3-10min，再置于烘箱中50～80℃干燥10-20min；S2.喷涂液料的制备：将纳米级α-Fe2O3粉末与微米级α-Fe2O3粉末按照质量比为(3-5)：4分散于无水乙醇中形成固液比为5％-20％的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌20-30min，随后超声10-20min；将纳米级ZnFe2O4粉末分散于无水乙醇中形成固液比为0.5-1％的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌10-20min，随后超声15-30min；S3.将预处理的基体置于感应等离子喷涂设备1中，沉积之前通过真空泵13对腔体12进行抽真空至5-10kPa，打开RF电源7，通入中心气体5以及鞘气6；工艺参数为：RF功率为10-30kW、中心气体5流量为10～40slpm、鞘气6流量为20～40slpm、喷涂距离为70～100mm、α-Fe2O3悬浮液输送速度为20～50ml/min、ZnFe2O4悬浮液输送速度为10～20ml/min、基体温度为100-500℃、喷涂时间为5-10min。S4.取出基体置于箱式电阻炉中350-400℃热处理1.5-2小时，冷却后取出获得微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层。进一步的，所述非金属基材为ITO玻璃、FTO玻璃、石英片；所述金属基材为钛及钛合金、不锈钢。进一步的，所述纳米级α-Fe2O3粉末的粒径为100-250nm，微米级α-Fe2O3粉末的粒径为40-100μm；优选地，所述纳米级α-Fe2O3粉末的粒径为150-200nm，微米级α-Fe2O3粉末的粒径为50-80微米。进一步的，所述纳米级ZnFe2O4粉末的粒径为40-80nm，优选地，所述纳米级ZnFe2O4粉末的粒径为50-60nm。进一步的，所述中心气体5选自Ar气，所述鞘气6选自O2、H2中一种或多种。进一步的，所述热处理经3-7℃/min的升温速率从室温升至350-400℃，保温1.5-2小时后自然降温至室温。进一步的，所述基体设置在工作台上，且基体可随着工作台旋转，基体由设置在工作台内的加热组件加热。本专利技术的目的之二在于由上述方法制备的一种光催化微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结构涂层。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微米/纳米ZnFe

【技术特征摘要】
1.一种微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1.基体预处理：对于非金属基体，基体依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗3-5min，再置于烘箱中30～70℃干燥5-10min；对于金属基体，基体先用0.1-0.5wt%HCl溶液浸泡1-3min，然后依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗3-10min，再置于烘箱中50～80℃干燥10-20min；
S2.喷涂液料的制备：将纳米级α-Fe2O3粉末与微米级α-Fe2O3粉末按照质量比为（3-5）：4分散于无水乙醇中形成固液比为5%-20%的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌20-30min，随后超声10-20min；将纳米级ZnFe2O4粉末分散于无水乙醇中形成固液比为0.5-1%的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌10-20min，随后超声15-30min；
S3.将预处理的基体置于感应等离子喷涂设备中，沉积之前通过真空泵对腔体进行抽真空至5-10kPa，打开RF电源，通入中心气体以及鞘气；工艺参数为：RF功率为10-30kW、中心气体流量为10～40slpm、鞘气流量为20～40slpm、喷涂距离为70～100mm、α-Fe2O3悬浮液输送速度为20～50ml/min、ZnFe2O4悬浮液输送速度为10～20ml/min、基体温度为100-500℃、喷涂时间为5-10min；
S4.取出基体置于箱式电阻炉中350-400℃热处理2-2.5小时，冷却后取出获得微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层。


2.根据权利要求1所述的一种微米/纳米ZnFe2O4-Fe2O3异质结复合涂层的制备方法，其特征在于，所述非金属基材为ITO玻璃、FTO玻璃、石英片；所述金属基材为钛及钛合金、不锈钢。


3.根据权利要求1所述的一种微米/纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋会毫，
申请(专利权)人：广州市豪越新能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44