包含氧化物纳米材料的光催化剂制造技术

本发明专利技术公开一种光催化剂，其具有包含基片和形成于该基片上的氧化物纳米材料的基质。所述光催化剂具有高于含相同成分的常规光催化剂的表面积对体积比，以及还具有纳米级的光催化剂层。因此，其具有优异的光解性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及一种光催化剂以及，更具体地，涉及一种包含形成于基片上的氧化剂纳米材料。
技术介绍
光催化剂是一种能够吸收光，特别是紫外光，以产生具有强氧化或还原力的物质的材料，并且其采用光而不是采用能源处理大量的化学制品或不可降解的污染物，以有利于环境的方式来防止环境污染。如果光催化剂暴露于光中，将产生电子(e-)和空穴(h+)。所述电子和空穴与氧气和水接触产生具有很强氧化能力的超氧化物阴离子(·O2-)和羟基(·OH)，并且其能氧化和分解有机污染物或各种细菌。典型的光催化剂为薄膜型或粉末型。薄膜型的光催化剂是一种，在基片的一个表面上覆有含半导体组分的光催化剂层的光催化剂，其被公开在，例如，韩国专利早期公开出版物第2002-0011511号中。粉末型的光催化剂是一种半导体元件为球形或椭圆形的光催化剂，且可以韩国专利早期公开出版物第2003-0096171号中的球形氧化钛光催化剂作为示例。然而，在薄膜型或粉末型的光催化剂中，能够吸收光的表面积受限于薄膜型光催化剂表面层或球形光催化剂表面层的表面积。此外，当粉末型光催化剂被用于一些特殊的介质时，可产生诸如光催化剂粉末漂浮在介质中的难点。因此，仍然需要开发出一种具有新颖结构的光催化剂，，其能提供宽广的表面积，来取代常规的薄膜型或粉末型光催化剂的应用，从而提供一种具有高性能的光催化剂。
技术实现思路
因此，本专利技术紧记在现有技术中出现的上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种包含氧化物纳米材料的光催化剂，所述氧化物纳米材料采用纳米技术具有最大的表面积对体积比。本专利技术的另一个目的是提供一种包含氧化物纳米材料的光催化剂，其具有纳米级的光催化层，因而具有极佳的光催化特性。为达到上述目的，本专利技术提供一种催化剂，其包括一个基质，所述基质含一个基片和形成于该基片上的氧化物纳米材料。在本专利技术中，所述基片可选自硅基片，玻璃基片，石英基片，派热克斯耐热玻璃基片(Pyrex)，兰宝石基片，以及塑料基片。另外，在本专利技术中，所述氧化物纳米材料具有纳米针，纳米杆，或纳米管的形状。此外，在本专利技术中，所述氧化物纳米材料具有多壁的结构。同样，在本专利技术中，所述具有多壁结构的氧化物纳米材料具有包含ZnO和TiO2为主要成分的同轴的双壁结构。此外，在本专利技术中，所述氧化物纳米材料具有通过将金属沉积在氧化物半导体纳米杆上形成的金属/氧化物半导体的异质连接结构。此外，在本专利技术中，所述金属通过溅射法或者热束或电子束蒸发法，被沉积于氧化物半导体纳米杆上。同样，在本专利技术中，氧化物半导体包含ZnO作为主要成分，以及一种或多种金属，所述金属可选于硅化物金属，包括Ni，Pt，Pd，Au，Ag，W，Ti，Al，In，Cu，PtSi，以及NiSi。另外，在本专利技术中，所述氧化物纳米材料被垂直定向于基片上。此外，在本专利技术中，通过金属-有机化学蒸发沉积法，溅射法，热束或电子束蒸发法，脉冲激光沉积法，蒸发-相位转移法，以及化学合成法中任意一种方法，将所述氧化物基纳米材料形成于基片上。此外，在本专利技术中，所述氧化物基纳米材料具有5-200nm的直径以及0.5-100μm的长度。此外，在本专利技术中，所述氧化物基纳米材料包含ZnO作为主要成分。另外，除ZnO作为主要成分之外，所述氧化物基纳米材料可包含一种或多种作为杂质的元素，所述元素选自Mg，Cd，Ti，Li，Cu，Al，Ni，Y，Ag，Mn，V，Fe，La，Ta，Nb，Ga，In，S，Se，P，As，Co，Cr，B，N，Sb，以及H。此外，在本专利技术中，所述氧化物纳米材料包含TiO2作为主要成分。另外，除TiO2作为主要成分之外，所述氧化物基纳米材料可包含一种或多种作为杂质的元素，所述元素选自Mg，Cd，Zn，Li，Cu，Al，Ni，Y，Ag，Mn，V，Fe，La，Ta，Nb，Ga，In，S，Se，P，As，Co，Cr，B，N，Sb，以及H。此外，在本专利技术中，以选自MgO，CdO，GaN，AlN，InN，GaAs，GaP，InP的任一化合物，及其混和物涂覆于所述氧化物基纳米材料。本专利技术所述的光催化剂具有有益性是因为，由于光催化剂层的表面积体积比非常高，且与常规粉末型或薄膜型光催化剂相比所述光催化剂具有纳米级的光催化剂层，确保了优异的光催化特性并可以采用不同的基片以低成本生产。附图说明通过结合附图的下列详细描述，本专利技术的上述和其它目的，特性以及本专利技术的其它优点将得到更加清楚地理解，其中图1a和1b分别是根据本专利技术的对包含氧化物纳米针的光催化剂的结构以及所述光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)的图示；图2a和2b分别是根据本专利技术的对包含氧化物纳米杆的光催化剂的结构以及所述光催化剂的SEM的图示；图3a至3c是根据本专利技术的对包含氧化物纳米管的光催化剂的结构以及所述光催化剂的透射电子显微镜(TEM)的图示；图4表示根据本专利技术的对包含具有多壁结构的氧化物纳米杆的光催化剂的图示；图5表示根据本专利技术的对包含具有异质连接结构的氧化物纳米杆的光催化剂的图示；图6是本专利技术的氧化物光催化剂的SEM图片，其说明纳米材料不是被垂直定向；图7a和图7b分别是根据本专利技术的对包含氧化物GaN-涂层的纳米针的光催化剂结构的图示，以及所述光催化剂的TEM图片；图8a和图8b图示出采用根据本专利技术的橙色II溶液导致包含ZnO纳米针和ZnO薄膜的光催化剂的光分解作用结果，其以吸收光谱和根据照射时间的染料分解量的形式表示；图9a和图9b图示出采用根据本专利技术的亚甲基蓝溶液导致包含ZnO纳米杆的光催化剂的光分解作用结果，其以吸收光谱和根据照射时间的染料分解量的形式表示；图10a至图10d为SEM照片，其显示了在制造包含根据本专利技术的具有多壁结构氧化物纳米杆的过程中光催化剂的结构的变化；图11a和图11b为包含根据本专利技术的氧化纳米管的光催化剂的SEM照片；以及图12a至12c为包含具有根据本专利技术的异质连接结构的氧化物纳米杆的光催化剂的SEM和TEM照片。具体实施例方式在下文中，将对本专利技术进行详细描述。在本专利技术的描述中，如果认为相关现有技术或惯例的详细描述无谓地模糊本专利技术的要点，则该详细描述将被略过。此外，考虑到本专利技术的功能，并且依赖于使用者或工作者，或惯例的意图来定义随后描述的术语。因此，必须在说明书的上下文中来理解所述定义。为方便理解，另外对氧化锌(ZnO)和氧化钛(TiO2)作为本专利技术的氧化物纳米材料的典型实施例在说明书中作了主要描述，但显而易见的是本专利技术的氧化物纳米材料并不受限于此。本专利技术的光催化剂包含一个基质，所述基质包含一个基片和形成于该基片上的氧化物纳米材料。所述基片是一种材料，其通常不与将要形成于其上的氧化物纳米材料反应，且其非限制的例子包括硅基片，玻璃基片，石英基片，派热克斯耐热玻璃基片，兰宝石基片，或塑料基片。如前所述，具有纳米针，纳米杆，或纳米管的形状的所述氧化物纳米材料形成于所述基片上，且所述具有纳米针，纳米杆，或纳米管形状的氧化物纳米材料可为多壁结构。所述光催化剂的结构，其包含基片和被垂直定向在基片上的具有纳米针和纳米杆形状的所述氧化物纳米材料，分别在图1a和图2a中进行了图解说明。此外，包含基片和在基片上具有垂直定向的纳米管形状的氧化物纳米材料的光催化剂的结构在图3a中进行了图解说明，并且所述催化剂的TE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含基质的光催化剂，所述基质包括：基片；以及形成于基片上的氧化物纳米材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奎哲，安星桭，
申请(专利权)人：波斯泰克基金会，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]