[发明专利]一种异质结光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及半导体光催化技术领域，具体涉及一种异质结光催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法中，采用将浆料涂覆后直接煅烧的方法，不同类型的金属颗粒直接生成氧化物，在不同的氧化物的接触界面处实现异质结构，而且，所述浆料中加入了碳族粉体作为填充物和牺牲层，在煅烧后被氧化去除，有利于形成多孔结构的催化剂，从而有效提高了催化剂的比表面积，进而促进光催化应用时的光照接收面及有效反应面积，从而提高光催化效率。

技术领域

本发明涉及半导体光催化技术领域，具体涉及一种异质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球环境污染的日益严峻，人类赖以生存的水资源净化治理迫在眉睫。半导体光催化技术是处理污水的有效手段之一，其主要原理是利用光能与半导体功能材料相结合，将许多难降解的有机污染物彻底降解，对于解决环境污染和能源短缺均有重要价值。目前，半导体光催化剂仍存在光催化效率较低、回收利用难的问题，限制其大规模工业化推广应用。

氧化锌(ZnO)是一种既经济又稳定的材料，是降解不同污染物的良好光催化剂。而且，氧化锌基光催化剂的污染物降解性能可以通过掺杂金属或非金属，或通过与其他半导体元素一起制造氧化锌基异质结构来提高。

目前，异质结构的光催化剂薄膜最常用的制备方法有化学气相沉积和化学溶液沉积。化学气相沉积法制备成本往往较高，不容易实现大面积制作；而化学溶液沉积则可以解决成本和大面积制作上的不足，但是由于薄膜存在过于致密、结晶性和均匀性差等问题，导致光催化性能较低。

虽然采用丝网印刷法制作异质结构的光催化剂厚膜能够较好地解决化学气相沉积法薄膜制备工艺带来的问题，具有工艺简单、成本低廉、高效率、大面积等优势，但是也存在催化活性较低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种异质结光催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的异质结光催化剂具有多孔结构，比表面积大和光催化效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将Zn粉、Cu粉、碳族粉体和溶剂进行混合，得到浆料；

将所述浆料涂覆在基底表面，得到初级样品；

将所述初级样品进行煅烧，得到所述异质结光催化剂。

优选的，所述Zn粉和Cu粉的粒径独立的为10nm～10μm。

优选的，所述Zn粉和Cu粉的质量比为(1～100)：(1～10)。

优选的，所述碳族粉体包括无定形碳、石墨烯、富勒烯和碳纳米管中的一种或多种。

优选的，所述碳族粉体的粒径为0.1～100μm；

所述碳族粉体的质量与所述Zn粉和Cu粉的总质量比为1：(1～100)。

优选的，所述溶剂包括乙醇和水的混合溶液、松油醇、乙醇或水；

所述Zn粉、Cu粉和碳族粉体的总质量和所述溶剂的质量比为(1～10)：(1～4)。

优选的，所述浆料在基底表面的涂覆厚度为1～5μm。

优选的，所述煅烧的保温温度为350～1100℃，保温时间为0.5～6h，由室温升温至所述煅烧保温温度的速率为2～10℃/min。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到异质结光催化剂，包括ZnO和CuO，所述ZnO和CuO之间形成异质结；所述异质结光催化剂为多孔结构。

本发明还提供了上述技术方案所述的异质结光催化剂在半导体光催化领域中的应用。