一种氧缺陷型灰色氧化锌及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氧缺陷型灰色氧化锌及其制备方法和应用，属于材料工程领。所述制备方法通过将锂和萘溶解于溶剂中中，得到锂萘溶液，将白色氧化锌加入所得锂萘溶液中进行反应，反应结束后收集固体产物，将所得固体产物经洗涤后干燥，制得氧缺陷型灰色氧化锌。所述制备方法工艺简单，普适性广，适用于大量生产。制得的氧缺陷型氧化锌呈灰色，光吸收能力和光响应范围增强，能够作为气体净化光催化剂的应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种氧缺陷型灰色氧化锌及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料工程领域，涉及一种氧缺陷型灰色氧化锌及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氧化锌(ZnO)是一种常见金属氧化物半导体，属于n型半导体，其能量带隙值为3.37eV。常温下呈白色固体状态，是一种两性氧化物。氧化锌具有无毒无害、价格低廉、高化学稳定性、易制备、低介电常数和低光耦合率等特性，是光催化工艺中优异的半导体材料。目前所报道的氧化锌的制备，主要还是常规白色氧化锌。比如，CN1887720A公开了一种纳米氧化锌粉体的制备方法，此法首先将锌盐溶解于无水乙醇溶液中，然后加入一定量的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，剧烈搅拌，并将强碱溶液逐滴加入锌盐溶液中，得到白色浑浊液。反应完全后，通过洗涤干燥得到纳米氧化锌粉体。该法得到的纳米氧化锌形貌均匀，但是制备工艺繁琐，其次十六烷基三甲基溴化铵经常作为表面活性剂使用，容易产生污染。CN101643235 A公开了一种白色纳米氧化锌颗粒的快速简捷制备方法，此法首先配制氯化锌、氢氧化钠水溶液，然后与油酸和无水酒精混合成溶液，在20℃状态下，进行化学反应、晶粒生长，经离心分离、洗涤、真空干燥，最终制得白色颗粒状纳米氧化锌。此制备方法快速便捷，但是制备的纳米氧化锌产物不稳定，储存环境严格，对湿度、温度以及酸碱度要求极高。
[0003]常规白色ZnO作为光催化剂的局限性为:(1)禁带宽度较大，无可见光响应，这导致其对太阳光的利用率较低；(2)光生电子和空穴容易复合，量子效率较低。而对于灰色氧化锌材料目前尚未报道。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种氧缺陷型灰色氧化锌及其制备方法和应用。本专利技术所述制备方法，该方法工艺简单，普适性广，能耗以及成本比较低，适用于大量生产，经过该方法所制备的氧缺陷型氧化锌呈灰色，具有丰富的氧空位，纯度较高，材料的颗粒尺寸分布均匀稳定，且禁带宽度小，能够解决白色氧化锌可见光吸收范围窄的问题，因此可作为可见光催化剂来使用。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，将锂和萘溶解于溶剂中中，得到锂萘溶液，将白色氧化锌加入所得锂萘溶液中进行还原反应，反应结束后收集固体产物，将所得固体产物经洗涤后干燥，制得氧缺陷型氧化锌。
[0007]优选地，锂和萘的摩尔比为(0.5～8)：1。
[0008]优选地，溶剂为四氢呋喃。
[0009]优选地，锂萘溶液的浓度为0.4～1mol/L。
[0010]优选地，白色氧化锌与锂萘溶液的还原反应时间为1～30min，还原反应温度为10～30℃。
[0011]优选地，干燥处理包括：在50～80℃下真空干燥。
[0012]优选地，白色氧化锌与锂萘溶液的投料比为0.2～1g：0.5～5mL。
[0013]本专利技术公开了采用上述制备方法制得的一种氧缺陷型灰色氧化锌。
[0014]优选地，所述氧缺陷型氧化锌呈灰色，表面有2～5nm厚的非晶无序层。
[0015]本专利技术公开了采用上述制备方法制得的一种氧缺陷型灰色氧化锌或上述一种氧缺陷型灰色氧化锌作为气体净化光催化剂的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]本专利技术公开了一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，该方法使用锂萘溶液与常规氧化锌进行反应，即可制得灰色氧缺陷型氧化锌，同时在氧化锌颗粒表面形成一层非晶缺陷层，降低了氧化锌的能带禁带宽度和表面Zeta电位，提高了氧化锌材料的光吸收范围和光催化性能。同时简化了操作工艺，降低了制备成本和能耗投入，适用于工业规模化生产。
[0018]本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的一种氧缺陷型灰色氧化锌，本专利技术为改善ZnO的光催化活性，通过能带工程对ZnO进行结构设计，含氧空位的ZnO颗粒禁带宽度降低，促进光生载流子的分离，使其催化性能得到明显提升；通过缺陷工程可以对ZnO进行改性处理。本专利技术制得的氧缺陷型氧化锌呈灰色，与已有的白色氧化锌相比，该灰色氧缺陷型氧化锌含有丰富的氧空位，氧空位缺陷导致ZnO能带带隙变窄，导带向下弯曲，在光催化反应中克服的势垒相对也较小，光吸收能力增强。同时，氧空位可以有效地扩展ZnO的可见光吸收，光响应范围增强，适量的氧空位可以增加电荷的分离效率，降低界面电阻，有利于光生电子和空穴快速分离。
[0019]进一步地，本专利技术所述制备的氧缺陷型灰色氧化锌的颗粒表面有非晶无序层，同时氧空位的存在会在导带下形成杂质能级，有利于光生载流子有效穿梭，促进e
‑
/h
+
的有效分离，从而提高材料的可见光活性，可用于气体净化领域。
[0020]本专利技术还公开了上述氧缺陷型灰色氧化锌作为气体净化光催化剂的应用。经相关测试表明，该材料的能带禁带宽度为3.0
±
0.1eV，表面Zeta电位为
‑
10
±
2mV，富含氧空位，较白色氧化锌相比，扩大了可见光的吸收范围。光催化性能显示，本专利技术所述的灰色含氧缺陷的氧化锌纳米材料在可见光下，对气体污染物一氧化氮具有极好的催化降解能力。与白色二氧化钛材料对比，本专利技术所述富含氧空位缺陷的灰色氧化锌纳米材料在降解过程中的降解效率具有明显提高。因此，所述氧缺陷型氧化锌具有光催化活性增强的特点，能够作为气体净化光催化剂的应用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所述氧缺陷型灰色氧化锌与白色氧化锌的光学照片；其中，(a)为反应前的常规白色氧化锌，(b)为实施例1制备的氧缺陷型灰色氧化锌；
[0022]图2为实施例1中所制备的氧缺陷型灰色氧化锌的透射电镜照片；
[0023]图3为本专利技术实施例1
‑
3所述的氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒的XRD谱图；其中，(a)为XRD总谱图，(b)为XRD局部放大图；
[0024]图4为本专利技术实施例1
‑
3所述的氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒的拉曼谱图；
[0025]图5为本专利技术实施例1
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3所述氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒的紫外
‑
可见吸收光谱图；
[0026]图6为本专利技术实施例1所述氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒的电子顺磁共振谱图；
[0027]图7为本专利技术实施例1
‑
3所述氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒的Zeta电位示意图；
[0028]图8为本专利技术实施例1
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3所述氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒的能带结构示意图；
[0029]图9为本专利技术实施例1
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3所述氧缺陷型灰色氧化锌与白色二氧化锌纳米颗粒为在可见光下的NO净化曲线对比图。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，其特征在于，将锂和萘溶解于溶剂中中，得到锂萘溶液，将白色氧化锌加入所得锂萘溶液中进行还原反应，反应结束后收集固体产物，将所得固体产物经洗涤后干燥，制得氧缺陷型灰色氧化锌。2.根据权利要求1所述的一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，其特征在于，锂和萘的摩尔比为(0.5～8)：1。3.根据权利要求1所述的一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，其特征在于，溶剂为四氢呋喃。4.根据权利要求1所述的一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，其特征在于，锂萘溶液的浓度为0.4～1mol/L。5.根据权利要求1所述的一种氧缺陷型灰色氧化锌的制备方法，其特征在于，白色氧化锌与锂萘溶液的还原反应时间为1～30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜高辉，郝亚雯，毕祥，苏庆梅，许并社，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：