[发明专利]一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法

说明书

本发明提供一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，属于光催化材料技术领域。包括：1)将醋酸锌溶解于无水乙醇中，水浴加热搅拌后，将溶解有(NH₄)₃PO₄的甲醇溶液加入其中；2)将草酸溶解于无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌‑磷酸铵溶液中剧烈搅拌；3)转移烘干，固体经研磨、煅烧后得到ZnO产物。本发明表面光电压信号显著增强型ZnO的制备方法，操作简便，原料易得、易于实现且安全可靠。本发明在适量(NH₄)₃PO₄辅助下制备的ZnO较未添加(NH₄)₃PO₄或者添加过多(NH₄)₃PO₄制备的ZnO在300～400nm区间表面光电压信号显著增强，这对于提高光催化活性具有重要的现实意义。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体为一种用于光催化领域的表面光电压信号增强型ZnO的制备方法。

背景技术

纳米ZnO是一种功能性很强的无机材料，在光催化、气敏传感器、太阳能电池、光电器件等领域具有广泛实际的应用价值。纳米ZnO是一种宽带隙(室温下3.37eV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，激子结合能为60meV，当受到紫外光照时，纳米ZnO发生对光的吸收，其价带上的电子被激发，越过禁带跃迁进入导带，从而产生电子-空穴对。这些电子-空穴对在水中可以生成羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(·O^2－)，由于它们具有强氧化性，当它们在水中与有机污染物接触时，将有机物转变为自由基，接着在活性氧分子作用下被氧化成为氧自由基，这些中间化合物越过能垒自发降解，产物为无污染的水、二氧化碳及矿化物，起到降解废水中有机物的作用。纳米ZnO是N型半导体，其性质主要是由锌与氧原子的化学计量比例偏差所产生，其中氧空位和锌间隙缺陷为施体能阶提供电子，且电阻率很高；纯纳米ZnO易与环境中的氧原子反应而使其特性较不稳定；同时ZnO光催化材料存在光生电子-空穴对易复合，可见光响应性差以及严重的光腐蚀缺陷等问题，约束了其在实际中的应用。为满足实际应用，纳米ZnO的光生电荷分离效应和光催化活性有待于进一步提高。为此人们对其做了诸如掺杂、构筑异质结等改性研究。在众多手段中改变光催化剂表面态是提高光生电荷分离效应和光催化活性非常有效的方法。

在影响光催化活性的诸多因素中，光生电子-空穴的分离效应起着至关重要的作用。一般认为表面光电压越强则光生电荷分离速度越快，光催化性能越高。因此，提高纳米ZnO光催化剂电子-空穴的分离效应实现其工业化应用是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，在氧化锌的制备过程中加入磷酸铵可以显著增强产物氧化锌的表面光电压信号。本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种表面光电压信号增强型ZnO的制备方法，包括以下步骤：

1)将醋酸锌溶解于无水乙醇中，水浴加热搅拌后，将溶解有(NH₄)₃PO₄的甲醇溶液加入其中；

2)将草酸溶解于无水乙醇中，加入步骤1)得到的醋酸锌-磷酸铵溶液中剧烈搅拌；

3)转移烘干，固体经研磨、煅烧后得到ZnO产物。

半导体光催化剂在光照情况下，会产生表面光电压。表面光电压大小与诸多因素有关，其中光催化剂表面态起着重要作用。在ZnO合成体系中加入适量磷酸铵，在加热过程中磷酸铵会分解成氨气和磷酸，氨气的产生会增加ZnO的比表面，增强光生电荷的分离；此外残留的PO₄^3-会和ZnO发生键合作用，影响ZnO内建电场，最终影响表面光电压的大小。