一种氧化锌微米棒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌微米棒及其制备方法与应用，该氧化锌微米棒的晶体结构为六方纤锌矿型，其长度为4～12

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌微米棒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及压电催化
，具体涉及一种氧化锌微米棒压电催化剂及Ag改性氧化锌微米棒压电催化剂的制备方法及其在固氮上的应用。

技术介绍

[0002]在自然界中，将氮气转变成氨主要有两种方式，一种是闪电固氮，另一种是生物固氮，诸如根瘤菌和固氮酶。虽然空气中绝大部分气体为氮气。但是只有一部分含有根瘤菌和固氮酶的生物才能将氮气转变为氨。其他生物并不能将氮气转变为有机氮。这无法满足当今化肥工业的巨大需求。目前，传统的光催化技术在水污染降解，固氮效应等方面的众多应用都已经比较成熟，但是光催化有几个比较明显的问题：(1)太阳光是光催化材料最理想的激发光源，但是大部分光催化材料只对太阳光谱中比例较小的紫外光响应，从而导致太阳光利用率较低；(2)光催化材料需要在光照条件下才能发挥作用，限制了其应用范围和场景，无法全天候进行催化反应；(3)一些光催化材料稳定性较差，在经过一段时间的使用之后会发生光氧化的现象。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种较为稳定、且无需光照条件即能发挥催化作用的固氮催化剂。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0005]一种氧化锌微米棒，该氧化锌微米棒的晶体结构为六方纤锌矿型，其长度为4～12μm，直径为1～4μm。
[0006]本专利技术采用氧化锌微米棒，即可利用其压电性能进行固氮处理：
[0007]压电催化是借助外部环境中分散的微小机械能(水波、震动、噪声等)即可有效调制纳米压电材料的极化场，由此产生的表面电荷可以引发一系列催化反应。相对光催化而言，压电催化能量易获得，可持续性高，且较稳定。
[0008]氧化锌作为一种应用广泛的压电材料，当其纳米棒受到沿径向方向的横向应力时，晶体结构内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的静态电荷，这些分布在表面和界面的电荷同样可以催化降解有机污染物。因此利用氧化锌这一压电特性，在搅拌、超声、水流等外部能量作用下，可以将机械能机械能装换为化学能，实现压电催化还原氮气为氨氮。
[0009]进一步的，本专利技术还在氧化锌微米棒上负载银，银的负载量为1～2.5wt％。
[0010]本专利技术通过在氧化锌微米棒上沉积贵金属Ag，能有效诱导电子
‑
空穴对的分离，显著提升其固氮催化效率。
[0011]本专利技术还提供了上述氧化锌微米棒的制备方法，具体步骤如下：按摩尔比1:1～1:2称取锌盐和碱源，以去离子水为反应溶剂，通过水热法制得所述氧化锌微米棒。
[0012]进一步的，在水热法反应结束后，用去离子水洗涤样品，60℃真空干燥12h，最后在
200℃空气中煅烧2h得到氧化锌微米棒。
[0013]同时，本专利技术还针对氧化锌微米棒进行了改性：对煅烧后获得的氧化锌微米棒进行Ag光沉积。
[0014]在部分实施例中，较为优选的，锌盐为乙酸锌，碱源为六亚甲基四胺；水热法的反应温度为60～120℃，反应时间为8～15h。
[0015]本专利技术还提供了上述氧化锌微米棒及Ag改性后的氧化锌微米棒在固氮处理方面的应用。
[0016]具体的，采用所述氧化锌微米棒进行固氮处理时，对氧化锌微米棒给予外部机械能量；该外部机械能量可采用搅拌、超声、或水流等。
[0017]在部分实施例中，较为优选的，当采用超声波进行固氮处理时，将氧化锌微米棒加入水中配置浓度为0.5～1.5mg/mL的悬浮液，声波强度控制为0.5～1.5W/cm2。
[0018]本专利技术相比现有技术具有以下优点：
[0019]1、本专利技术充分利用氧化锌微米棒的压电性能用于固氮处理，摆脱了固氮用光催化材料对紫外光源的依赖，同时压电催化的外部能量来源广泛，比如城市中的噪声、水流、水波等，有效拓宽了其使用范围和场景。
[0020]2、本专利技术进一步利用Ag改性，在氧化锌微米棒上沉积贵金属Ag，能有效诱导电子
‑
空穴对的分离，显著提升了其固氮催化效率。
[0021]3、本专利技术采用的氧化锌微米棒的制备工艺简单，原料来源广泛，成本低廉，有利于大规模生产应用。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例2中Ag改性氧化锌微米棒材料的扫描电镜图；
[0023]图2为本专利技术实施例2中Ag改性氧化锌微米棒材料的XRD图；
[0024]图3为本专利技术实施例2中Ag负载量为2wt％的氧化锌微米棒材料多次循环使用的催化固氮性能。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0026]实施例1
[0027]按照摩尔比1:1分别称取3g乙酸锌和1.9g六亚甲基四胺，用超声波将3g乙酸锌和1.9g六亚甲基四胺溶解于360mL去离子水中，常温搅拌60min，将得到的水溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在烘箱中90℃保温12h；反应结束后，用去离子水洗涤样品，60℃真空干燥12h，最后在200℃空气中煅烧2h得到氧化锌微米棒，并将该样品命名为ZnO
‑
1。
[0028]所得氧化锌微米棒的扫描电镜图如图1所示，呈六方纤锌矿型，其长度为4～12μm，直径为1～4μm。
[0029]实施例2
[0030]按照摩尔比1:2分别称取3g乙酸锌和3.8g六亚甲基四胺，用超声波将3g乙酸锌和3.8g六亚甲基四胺溶解于360mL去离子水中，常温搅拌60min，将得到的水溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在烘箱中120℃保温8h；反应结束后，用去离子水洗涤样品，60℃真空干燥
12h，最后在200℃空气中煅烧2h得到氧化锌微米棒，并将该样品命名为ZnO
‑
2。
[0031]实施例3
[0032]取实施例1中制备获得的氧化锌微米棒，进行Ag光沉积：进行四组不同Ag负载量的改性，每组改性反应均在反应瓶中加入0.2g氧化锌微米棒粉末、80mL超纯水，搅拌分散呈悬浮液；然后各加入10mmol
·
L
‑1的硝酸银溶液2.5mL，3.75mL，5mL，6.25mL，分别对应负载量为1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％的改性氧化锌微米棒；光沉积1h。用无水乙醇和去离子水洗涤，并在60℃下干燥12h。制得ZnO
‑1‑
Ag样品。通过光沉积银时的不同银浓度，制成不同Ag负载量的ZnO样品，使用Ag负载量的不同将样品命名为ZA
‑
1(Ag负载量为1wt％)，ZA
‑
1.5(Ag负载量为1.5wt％)，ZA
‑
2(Ag负载量为2wt％)，ZA
‑
2.5(Ag负载量为2.5wt％)。
[0033]从制备得到的样品XRD图可以看出，所有样品的衍射峰与ZnO的六方压电结构(JCPDS 36
‑
1451)匹配良好，同时衍射峰尖锐，证明ZnO的结晶质量较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌微米棒，其特征在于，所述氧化锌微米棒的晶体结构为六方纤锌矿型，其长度为4～12μm，直径为1～4μm。2.根据权利要求1所述的氧化锌微米棒，其特征在于，所述氧化锌微米棒上负载银，银的负载量为1～2.5wt％。3.权利要求1所述氧化锌微米棒的制备方法，其特征在于，所述氧化锌微米棒的制备方法如下：按摩尔比1:1～1:2称取锌盐和碱源，以去离子水为反应溶剂，通过水热法制得所述氧化锌微米棒。4.权利要求2所述氧化锌微米棒的制备方法，其特征在于，所述氧化锌微米棒的制备方法如下：所述氧化锌微米棒的制备方法如下：按摩尔比1:1～1:2称取锌盐和碱源，以去离子水为反应溶剂，通过水热法制得微...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭枫萍，李昊臻，王卫，林静远，吴哲，肖亚峰，刘子鸣，苏启航，谢卓烔，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：