[发明专利]一种氧化锌微米棒及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氧化锌微米棒及其制备方法与应用，该氧化锌微米棒的晶体结构为六方纤锌矿型，其长度为4～12µm，直径为1～4µm。本发明充分利用氧化锌微米棒的压电性能用于固氮处理，摆脱了固氮用光催化材料对紫外光源的依赖，同时压电催化的外部能量来源广泛，比如城市中的噪声、水流、水波等，有效拓宽了其使用范围和场景。

技术领域

本发明涉及压电催化技术领域，具体涉及一种氧化锌微米棒压电催化剂及Ag改性氧化锌微米棒压电催化剂的制备方法及其在固氮上的应用。

背景技术

在自然界中，将氮气转变成氨主要有两种方式，一种是闪电固氮，另一种是生物固氮，诸如根瘤菌和固氮酶。虽然空气中绝大部分气体为氮气。但是只有一部分含有根瘤菌和固氮酶的生物才能将氮气转变为氨。其他生物并不能将氮气转变为有机氮。这无法满足当今化肥工业的巨大需求。目前，传统的光催化技术在水污染降解，固氮效应等方面的众多应用都已经比较成熟，但是光催化有几个比较明显的问题：(1)太阳光是光催化材料最理想的激发光源，但是大部分光催化材料只对太阳光谱中比例较小的紫外光响应，从而导致太阳光利用率较低；(2)光催化材料需要在光照条件下才能发挥作用，限制了其应用范围和场景，无法全天候进行催化反应；(3)一些光催化材料稳定性较差，在经过一段时间的使用之后会发生光氧化的现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种较为稳定、且无需光照条件即能发挥催化作用的固氮催化剂。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种氧化锌微米棒，该氧化锌微米棒的晶体结构为六方纤锌矿型，其长度为4～12μm，直径为1～4μm。

本发明采用氧化锌微米棒，即可利用其压电性能进行固氮处理：

压电催化是借助外部环境中分散的微小机械能(水波、震动、噪声等)即可有效调制纳米压电材料的极化场，由此产生的表面电荷可以引发一系列催化反应。相对光催化而言，压电催化能量易获得，可持续性高，且较稳定。

氧化锌作为一种应用广泛的压电材料，当其纳米棒受到沿径向方向的横向应力时，晶体结构内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的静态电荷，这些分布在表面和界面的电荷同样可以催化降解有机污染物。因此利用氧化锌这一压电特性，在搅拌、超声、水流等外部能量作用下，可以将机械能机械能装换为化学能，实现压电催化还原氮气为氨氮。

进一步的，本发明还在氧化锌微米棒上负载银，银的负载量为1～2.5wt％。

本发明通过在氧化锌微米棒上沉积贵金属Ag，能有效诱导电子-空穴对的分离，显著提升其固氮催化效率。

本发明还提供了上述氧化锌微米棒的制备方法，具体步骤如下：按摩尔比1:1～1:2称取锌盐和碱源，以去离子水为反应溶剂，通过水热法制得所述氧化锌微米棒。

进一步的，在水热法反应结束后，用去离子水洗涤样品，60℃真空干燥12h，最后在200℃空气中煅烧2h得到氧化锌微米棒。

同时，本发明还针对氧化锌微米棒进行了改性：对煅烧后获得的氧化锌微米棒进行Ag光沉积。

在部分实施例中，较为优选的，锌盐为乙酸锌，碱源为六亚甲基四胺；水热法的反应温度为60～120℃，反应时间为8～15h。

本发明还提供了上述氧化锌微米棒及Ag改性后的氧化锌微米棒在固氮处理方面的应用。

具体的，采用所述氧化锌微米棒进行固氮处理时，对氧化锌微米棒给予外部机械能量；该外部机械能量可采用搅拌、超声、或水流等。

在部分实施例中，较为优选的，当采用超声波进行固氮处理时，将氧化锌微米棒加入水中配置浓度为0.5～1.5mg/mL的悬浮液，声波强度控制为0.5～1.5W/cm²。