[发明专利]ZnO掺杂TiO2复合空心球的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料的制备及其环境保护领域的应用。特指以纳米碳球，钛酸正丁酯和醋酸锌为主要原料，通过超声水解包覆法制备了Zn²⁺掺杂碳/二氧化钛核壳粒子，经煅烧，制备ZnO掺杂TiO₂空心球光催化剂，并将其用于阳离子染料废水光催化降解研究。

背景技术

21世纪以来，能源短缺和环境污染是人类所面临两大重要问题。开发利用可再生能源来解决环境污染问题受到了人们的普遍重视。在所有的可再生能源中，太阳能是一种取之不尽，用之不竭，无污染的清洁能源，因而利用太阳能来催化降解有机物废水是一种绿色经济的有效手段。

利用太阳能来催化降解有机物废水的关键技术就是光催化剂的制备。TiO₂是近年来研究最为广泛的太阳能紫外光光催化降解有机污染物的光催化剂。然而，TiO₂属于宽带隙的半导体材料，仅能吸收波长小于387nm的紫外光，因而太阳能利用率较低；同时TiO₂中光生载流子的复合率较高，量子效率低，限制了二氧化钛的实际应用。因而为了拓宽TiO₂光催化剂的光谱响应范围，降低体相中光生载流子的复合率，增加催化剂的比表面是光催化剂研究的重点内容。本发明提出制备一种新型空心结构的ZnO掺杂TiO₂复合光催化剂的方法。将ZnO和TiO₂进行掺杂复合，利用两者的界面耦合效应，使吸收光谱红移，拓宽光催化剂的光谱响应范围，提高对太阳能的利用率；同时也可利用ZnO粒子的高导电性，抑制光生载流子的复合，更好地实现空穴和光生电子的分离，提高光催化剂的活性；最后还可利用TiO₂空心球比表面大，高折射率、良好的表面化学性质等优点，大大提高光催化剂的活性。有关ZnO纳米粒子与TiO₂纳米粒子进行复合或ZnO-TiO₂复合薄膜的制备并将它们应用于光催化降解研究已有文献进行报导[D.L.Liao，C.A.Badour，B.Q.Liao.Preparation of nanosized TiO₂/ZnOcomposite catalyst and its photocatalytic activity for degradation of methyl orange.Journal ofPhotochemistry and Photobiology A：Chemistry 194(2008)11-19，Jintao Tian，Lijuan Chen，Yansheng Yin，Xin Wang，Jinhui Dai，Zhibin Zhu，Xiaoyun Liu，Pingwei Wu.Photocatalyst ofTiO₂/ZnO nanocomposite film：Preparation，characterization，and photodegradation activity ofmethyl orange.Surface & Coatings Technology 204(2009)205-214]，然而对于ZnO掺杂TiO₂空心球的制备并对阳离子染料进行光催化降解，国内外并无文献报导。

发明内容

为了提高材料的光催化性能，本发明目的在于提供一种新型的ZnO掺杂TiO₂空心球复合光催化剂的制备方法。该方法采用模板法-水解包覆法制备Zn²⁺掺杂的碳/二氧化钛核壳粒子，经煅烧，制得ZnO掺杂TiO₂纳米空心球复合光催化剂。