一种ZnO光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ZnO光催化剂及其制备方法。该方法包括如下步骤：将纳米ZnO粉末置于还原气氛中进行氢化还原即得所述ZnO光催化剂。本发明专利技术提供的ZnO光催化剂产生了较高的可见光催化活性，并且紫外光光催化活性也有所提高；本发明专利技术提供的制备方法，其原料价廉，工艺简单，效果明显，因此有效降低了产品成本，可以提高太阳光的利用率，具有很高的实用价值和应用前景。本发明专利技术也为拓展其它光催化剂的光吸收范围提供了一种新的方法，也为光催化剂的广泛实际应用奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于光催化材料研究

技术介绍
光催化技术广泛应用于环境、能源等方面，光催化材料的性能对光催化技术是至关重要的。传统的光催化剂ZnO由于无毒、廉价、性质稳定被广泛应用于光催化领域，但是它只能在紫外光范围内产生响应，光生电子-空穴对复合率较高并且具有光腐蚀性，这些会严重阻碍ZnO在光催化方面的应用。因此，对ZnO光催化剂进行深入研究，提高其光催化活性，拓展其光催化响应范围，抑制其光腐蚀是非常有必要的。一些研究者们对ZnO已经进行了大量的研究，并且在抑制光生电子-空穴对的复合，提高太阳光的利用率及抑制光腐蚀方面也已经取得了一定的研究成果，例如利用ZnO和非金属、金属的掺杂或者与其它半导体的复合等技术。但是，利用这些技术在拓展ZnO可见光响应范围方面，很多时候是以牺·牲紫外光活性为代价的，因此，需要寻找一种既能有效的提高光催化活性，又能拓展在可见光区域的响应，并且不降低ZnO紫外光光催化活性的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该方法是利用简单、廉价的方法使传统的光催化剂ZnO在不牺牲紫外光活性的基础上产生可见光活性，从而可以充分利用自然能源太阳光使其产生较宽范围的高光催化活性。本专利技术所提供的一种ZnO光催化剂的制备方法，包括如下步骤将纳米ZnO粉末置于还原气氛中进行氢化还原即得所述ZnO光催化剂。上述的制备方法中，所述纳米ZnO粉末的粒径可为20nnT50nm。上述的制备方法中，所述还原气氛可为Ar与H2的混合气体。上述的制备方法中，所述混合气体中，H2的摩尔浓度为5°/Γ95%，如10%。上述的制备方法中，所述氢化还原的温度可为455°C 475°C，具体可为455°C、460O、465O、470O或 475O。上述的制备方法中，所述氢化还原的时间可为IhIhJn lh、3h、5h、7h或9h。本专利技术还提供了由上述方法制备的ZnO光催化剂。本专利技术提供的ZnO光催化剂产生了较高的可见光催化活性，并且紫外光光催化活性也有所提高；本专利技术提供的制备方法，其原料价廉，工艺简单，效果明显，因此有效降低了产品成本，可以提高太阳光的利用率，具有很高的实用价值和应用前景。本专利技术也为拓展其它光催化剂的光吸收范围提供了一种新的方法，也为光催化剂的广泛实际应用奠定了基础。附图说明图I为实施例I中纳米ZnO在H2气氛下的程序升温还原(TPR)曲线。图2为纳米ZnO和经氢化还原后的ZnO在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)的动力学速率常数(k)对比图；其中，图2 (A)为纳米ZnO和实施例2中经氢化还原处理后的ZnO在可见光照射下降解MB的动力学速率常数(k)对比图，图2 (B)为纳米ZnO和实施例3中经氢化还原处理后的ZnO在可见光照射下降解MB的动力学速率常数(k)对比图。图3为纳米ZnO和经氢化还原后的ZnO在紫外光照射下降解亚甲基蓝(MB)的动力学速率常数(k)对比图；其中，图3 (A)为纳米ZnO和实施例2中经氢化还原处理后的ZnO在紫外光照射下降解MB的动力学速率常数(k)对比图，图3 (B)为纳米ZnO和实施例3中经氢化还原处理后的ZnO在紫外光照射下降解MB的动力学速率常数(k)对比图。图4为纳米ZnO和在465°C和5h的处理后的ZnO的表征谱图；其中，图4 (A)、图4 (B)和图4 (C)分别为UVDRS、EPR和LRS谱图。图5为纳米ZnO和在465°C和5h的处理后的ZnO的光电流测试结果；其中，图5 (A)为在可见光照射下的光电测试结果，图5 (B)为紫外光照射下的光电流测试结果。图6为纳米ZnO和在465°C和5h的处理后的ZnO的交流阻抗图；其中，图6(A)为在紫外光下的交流阻抗图，图6 (B)为在可见光下的交流阻抗图。具体实施例方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本专利技术下述实施例中使用的初始物质为市售的纳米ZnO粉末，其粒径为20nnT50nm，还原气体为含10% (摩尔百分数)H2的Ar和H2混合气体。目标降解物为市售的分析纯亚甲基蓝(MB)。实施例I、ZnO 的 H2-TPR称O. 050g纳米ZnO粉末样品装入U型石英管中，并安装至化学吸附仪的相应位置，向内通入He气并程序升温至130°C，升温速率10°C /min,气体流速25ml/min，至130°C后继续保持通He气Ih (除去催化剂表面的杂质)，待样品在He气氛下冷却至室温后，打开ChemiSorb TPx软件，并设定好相应的程序,再通入Ar和H2 (摩尔比为9:1)的混合气体，使体系程序升温至600°C，升温速率10°C /min，气体流速25ml/min，至600°C后继续通气5min，然后冷却至室温，即可得到ZnO的H2-TPR曲线，如图I所示，温度范围为(T600°C。由图I可得知，ZnO的氢化还原处理的温度范围455 475°C，最佳的还原温度约465。。。实施例2、不同温度氢化还原生成表面氧缺陷ZnO样品的制备称O. 50g纳米ZnO粉末样品装入U型石英管中，并安装至化学吸附仪的相应位置，向内通入He气并程序升温至130°C，升温速率10°C /min，气体流速25ml/min，至130°C后继续保持通He气Ih (除去催化剂表面的杂质)，待样品在He气氛下冷却至室温后，再通入Ar和H2 (摩尔比为9:1)的混合气体，分别使体系程序升温至455°C、460°C、465°C、470°C和475°C，升温速率为10°C /min，气体流速为25ml/min，保持通气5h，然后冷却至室温。实施例3、不同时间氢化还原生成表面氧缺陷ZnO样品的制备称O. 50g纳米ZnO粉末样品装入U型石英管中，并安装至化学吸附仪的相应位置，向内通入He气并程序升温至130°C，升温速率10°C /min,气体流速25ml/min，至130°C后继续保持通He气Ih (除去催化剂表面的杂质)，待样品在He气氛下冷却至室温后，再通入Ar和H2 (摩尔比为9:1)的混合气体，分别使体系程序升温至465°C，升温速率10°C /min，气体流速25ml/min,通气时间分别为lh、3h、5h、7h和9h,然后冷却至室温。实施例4、氢化还原生成表面氧缺陷ZnO样品的表征采用Hitachi U-3010紫外-可见分光光度计，BaSO4为基底，扫描范围20(T800nm，狭缝宽度2nm，扫描速度600nm/min，观测氢化前后ZnO样品的光学性质的变化。分别用JEOLES-ED3X电子顺磁共振仪和激光拉曼光谱仪(激发光波长514nm)，在室温条件下，观测样品表面的变化，证明表面氧缺陷的存在。由图4 (A)可知，氢化后的ZnO较ZnO带边略微有一点红移，从400nm移至405nm，从右上角局部放大图，可以看出在450nnT800nm氢化后ZnO较氢化前平行提高。由图4 (B)可知，氢化后的ZnO在g l. 957处峰的强度较ZnO明显降低且变宽，此处的EPR信号峰是由单晶ZnO中的中性浅供体(· 0H)产生的，说明氢化ZnO中· OH的浓·度有所降低。根据以前的文献报道f2. 001-2. 004要归因于氧缺陷。在f 2. 001，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnO光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将纳米ZnO粉末置于还原气氛中进行氢化还原即得所述ZnO光催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永法，吕艳辉，朱艳艳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：