[发明专利]一种Pt/ZnO复合空心微球光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明为氧化锌光催化剂生产技术，尤其涉及一种低温软化学方法生产Pt/ZnO复合空心微球光催化材料的方法。该催化材料在紫外光照射下可以高效光催化降解有机染料。

背景技术

光催化技术是未来解决环境问题的主要方式之一（邹志刚.光催化材料与太阳能转换和环境净化, 功能材料信息 4(2008):17-19）。利用光催化可以进行光催化降解和矿化水、空气中的各种难降解的持久有毒有机污染物，还可以进行抗菌除臭和处理废水中的Hg²⁺、Ag⁺、Cr⁶⁺等重金属离子。因此，光催化技术是目前国内外化学和环境领域的研究前沿和热点。

光催化技术的核心是光催化材料。在众多的光催化材料中，ZnO是一种廉价易得的重要半导体光催化材料，其禁带宽度为3.2eV，在波长小于387nm的紫外光照射下，可激发产生光生电子-空穴对，生成·OH和·O₂^-等具有极强氧化还原能力的高活性基团，可以将各种易挥发性有机污染物最终氧化为CO₂和H₂O等无机物，并可氧化去除水中几乎所有的有机污染物。因而利用ZnO光催化剂进行环境净化引起了人们广泛的重视（P. Li, Z. Wei, T. Wu, Q. Peng, Y. D. Li, Au-ZnO hybrid nanopyramids and their photocatalytic properties, J. Am. Chem. Soc.,  133 (15) (2011): 5660–5663；A. Mclaren, T. Valdes-Solis, G. Q. Li, S. C. Tsang, Shape and size effects of ZnO nanocrystals on photocatalytic Activity, J. Am. Chem. Soc., 131 (35) (2009):12540–12541； D. S. Bohle, C. J. Spina, Cationic and anionic surface binding sites on nanocrystalline zinc oxide: surface influence on photoluminescence and photocatalysis, J. Am. Chem. Soc., 131 (12) (2009):4397–4404）。但ZnO的光催化的性能相比于已经商业化的TiO₂光催化剂还有差距，同时它在光催化反应过程中易发生光腐蚀现象，这是它的致命弱点，因为光腐蚀造成活性下降或失活和催化剂难以回收利用。另外，光腐蚀产生有毒的金属Zn²⁺可能对生物产生一定的毒性，容易带来二次污染。因此，提高ZnO的光催化活性和抗腐蚀能力对于它的商业推广运用极为重要。

ZnO的光催化性能取决于其形貌和组成等微观结构因素。如六角盘状ZnO纳米晶的活性至少比棒状结构的ZnO纳米晶高出6倍（A. Mclaren, T. Valdes-Solis, G. Q. Li, S. C. Tsang, Shape and size effects of ZnO nanocrystals on photocatalytic Activity, J. Am. Chem. Soc., 131 (35) (2009):12540–12541）。Ag-ZnO 复合纳米纤维比纯ZnO 纳米纤维的活性提高25倍（D. Lin, H. Wu, R. Zhang ,W. Pan, Enhanced photocatalysis of electrospun Ag-ZnO heterostructured nanofibers, Chem. Mater., 21 (15) (2009):3479–3484）；Au-ZnO纳米晶的活性远优于纯ZnO纳米晶（P. Li, Z. Wei, T. Wu, Q. Peng,  Y. D. Li, Au-ZnO hybrid nanopyramids and their photocatalytic properties , J. Am. Chem. Soc.,  133 (15) (2011): 5660–5663）。