[发明专利]一种硒化锌纳米光催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种硒化锌纳米光催化剂的制备方法，本发明还涉及上述硒化锌纳米光催化剂在用于光催化降解罗丹明B溶液的应用。

背景技术

近年来由于人类生产与生活所造成的污染已经远远的超过自然界的自降解能力，所以寻找高效率低能耗的降解污染物途径已成为迫在眉睫的问题。光催化处理技术是一项易操作、耗能低、无二次污染，具有广阔应用前景的新技术。然而其实际应用仍然受光催化效率较低所限制，因此，寻找高效率光催化剂已经成为一项重要的研究课题。

ZnSe作为一种重要的直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体发光材料， 室温下禁带宽度为2.67 eV，激子束缚能为21 meV。ZnSe在可见光范围内具有优异的光电催化及光电转化活性，可以用于制作蓝色发光器件，红外热成像仪，全天候光学装置及太阳能电池，在通信，复印，高密度的信息存储，高分辨率的图像显示，信号指示以及生物医学和基础研究等方面的应用前景非常广阔。ZnSe半导体材料常用的制备方法主要有化学气相沉积法、电沉积法、溶胶凝胶法、共沉淀法和分子束外延生长法等。其中，水热/溶剂热法因其制备工艺简单、投资少、污染小等优点而成为一种制备ZnSe纳米材料的常用方法。

光催化技术是一项新型的绿色环保技术，半导体光催化在降解有机染料、治理污水等方面具有诱人的应用前景，并能产生重大的社会经济效益，是当今材料科学界最活跃的研究热点之一。半导体光催化处理技术，因具有节省能源、反应条件相对温和、操控性强、无二次污染等诸多优点，成为目前最受关注的污染治理新技术。特别是近年来，随着能源紧缺问题的日益突出以及人们环保意识的强化，借助半导体的光催化作用，进行有毒害污染物的光催化降解及光催化合成更加为人们所重视。光催化剂的制备方法有很多，例如：水热（溶剂热）合成法、溶胶-凝胶法、超声化学制备法、微乳液法等。影响光催化剂效率的因素主要有以下几点：催化剂本身的晶体结构，催化剂的表面积，载流子俘获能力，反应体系中PH值等。

目前在光催化领域，科研工作者对二氧化钛，氧化锌等材料进行了大量的研究。特别是近年来，随着工业的迅猛发展所造成的能源紧缺以及环境恶化等问题，借助半导体材料的光催化作用，进行有毒害污染物的光催化降解及光催化合成已经越来越引起人们的重视。半导体光催化具有成本低，无毒，降解彻底等众多优点。迄今为止，已发现众多半导体都具有光催化活性，其中纳米二氧化钛光催化剂，因其活性高、稳定性好、对人体无害、持续作用时间长、反应次数多、成本低、可在常温常压下工作等优良特性，逐渐成为研究的重点。但是二氧化钛量子效率较低，光生电子空穴容易复合；并且由于二氧化钛的禁带宽度约为3.2 eV，导致其只能吸收占太阳能4%的紫外光，而占太阳能43%的可见光却不能被利用。这两个方面严重制约了二氧化钛在光催化领域的应用。由此可以得出提高半导体催化剂的量子产率，同时扩宽光谱响应范围是解决光催化问题的关键。很快越来越多的研究者对其他的半导体材料的光催化产生浓厚兴趣，尤其以Ⅱ-Ⅵ族半导体发光材料最为引人关注。由于氧化锌和二氧化钛具有相近的禁带宽度，所以纳米氧化锌材料曾一度被认为是潜在的优异半导体催化剂。各种各样纳米结构的氧化锌，如颗粒、量子点、纳米棒、纳米带、空心球、微米球等，都被广泛应用于光催化降解有机染料污染物的过程。纳米氧化锌除了形貌多样化以外，其制备成本低廉，吸附性能好且能够实现量子尺寸效应。在有些情况下，纳米氧化锌材料比二氧化钛具有更好的光催化降解效率。其原因是纳米氧化锌具有较高的光生电子和空穴的产生效率、迁移率、分离效率。但同时纳米氧化锌光谱吸收范围窄、难以回收、难以多次重复利用等问题限制了其广泛应用。