[发明专利]ZnO介孔纳米纤维在光催化剂中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZnO介孔纳米纤维在光催化剂中的应用，属于纳米纤维技术领域和光催化技术领域。

背景技术

利用光催化分解水产生氢气是一种有望用来缓解能源危机和环境污染的新技术。在光催化剂中，介孔材料所展示出的比表面积高、吸附率强、孔径可调等多种优异的特点，推动了光催化剂的研究工作。在诸多的介孔结构中，一维纳米结构所具有的稳定结构能有效地抑制晶粒的团聚，展现出高效的光催化特性，被认为是高效光催化剂的理想材料。其中，ZnO具有无毒、化学性质稳定、电子传输快、直接宽带隙(3.37eV)等出众的特性，被认为是构建高效光催化剂的优异材料之一。如Guorui Yang等人通过静电纺丝法制备出了(ZnO)₁/(CdS)₁核壳结构的纳米纤维，在可见光条件下展现出较高的光催化制氢性能(354μmolg^-1h^-1)。然而本领域技术人员还在致力于研究具有更高光催化活性、更强稳定性的ZnO光催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有高效性和稳定性的ZnO介孔纳米纤维在光催化剂中的应用。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：ZnO介孔纳米纤维在光催化剂中的应用，ZnO介孔纳米纤维超声分散在Na₂S和Na₂SO₃混合溶液中，所述纳米纤维主要组成元素为Zn、O和其它不可避免的杂质元素，所述纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO，所述纳米纤维在垂直于生长轴法向截面为圆形或者椭圆形或者扁带状或者近圆形或者近椭圆形或者近扁带状。

作为优选，所述纳米纤维具有多孔结构且所述多孔结构的孔均为介孔。

作为优选，所述具有介孔结构的纳米纤维的比表面积为45-55m²/g，介孔的孔径平均为3-20nm。

ZnO介孔纳米纤维在光催化剂中的应用为将ZnO介孔纳米纤维分散于分解物质中在光照射下发生催化反应，其中分解物质为含水和降解物质的物质。

作为优选，所述降解物质为有机质。

进一步优选，所述降解物质为Na₂S和Na₂SO₃混合溶液。

再进一步优选，所述Na₂S溶液的浓度为0.30-0.40M，所述Na₂SO₃溶液的浓度为0.22-0.28M。

上述ZnO介孔纳米纤维的制备方法包括如下步骤：

1)、PVP/ZnAc/TS前驱体纺丝液配置；

2)、有机前驱体纳米纤维制备；

3)、ZnO介孔纳米纤维制备；

其中步骤2)有机前驱体纳米纤维制备为将PVP/ZnAc/TS前驱体纺丝液经静电纺丝得到有机前驱体纳米纤维；

步骤3)ZnO介孔纳米纤维制备为将步骤2)得到的有机前驱体纳米纤维经高温煅烧，即可获得ZnO介孔纳米纤维。

作为优选，ZnO介孔纳米纤维制备方法的步骤1)中PVP/ZnAc/TS前驱体纺丝液配置为将适量PvP溶于乙醇中，常温搅拌得到均一透明溶液，然后加入二水乙酸锌、去离子水以及TS，再水浴加热得到黄色PVP/ZnAc/TS前驱体纺丝液即可。

前驱体纺丝液的浓度主要是通过影响溶液粘度影响纤维的形貌及直径。若前驱体纺丝液的浓度过低，在静电纺丝中，溶液粘度极低，很难维持喷丝细流的连续性，不能形成稳定的流体，而形成了喷射液滴，因此得到呈不规则块状体纳米纤维，没有纤维出现。若前驱体纺丝液的浓度过高，纤维有粗有细，分布不均匀，甚至出现粘结现象，其原因在于，聚合物分子之间相互作用开始影响聚合物链的运动，聚合物分子链相互缠结，若浓度继续增加，聚合物相互交穿，形成冻胶。高浓度的流体在针头迅速干燥以及聚合物形成冻胶引起的流体在针头流动的不稳定，难于维持喷丝细流，同时造成喷头粘连，使静电纺丝无法进行。因此，在配制前驱体纺丝液中，需要控制好各原料之间的质量关系，从而使前驱体纺丝液达到合适的浓度，进而形成很好纤维形貌，直径分布均匀的纳米纤维。

进一步优选，步骤1)中PVP/ZnAc/TS前驱体纺丝液配置时乙醇与水的质量比为(3-1)：1，其中水为去离子水或者双蒸水。