[发明专利]一种ZnO光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZnO光催化剂及其制备方法，属于光催化材料研究技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种ZnO光催化剂及其制备方法，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。

本发明所提供的一种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20nm~50nm。

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%~95%，如10%。

上述的制备方法中，所述氢化还原的温度可为455℃~475℃，具体可为455℃、460℃、465℃、470℃或475℃。

上述的制备方法中，所述氢化还原的时间可为1h~9h，如1h、3h、5h、7h或9h。

本发明还提供了由上述方法制备的ZnO光催化剂。

本发明提供的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1为实施例1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℃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℃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℃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。

本发明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20nm~50nm，还原气体为含10%（摩尔百分数）H₂的Ar和H₂混合气体。