[发明专利]一种含有固溶体和异质结两重结构的复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供含有固溶体和异质结两重结构的复合光催化剂及其制备方法，包括ZnO载体、与载体形成异质结结构的ZnO₂和表面的镧铈固溶体三部分，其中，氧化锌载体呈现棒状结构，过氧化锌与载体形成了异质结结构，在催化剂表面的镧铈之间形成固溶体，复合光催化剂是以水热合成的棒状ZnO为原料，用H₂O₂氧化的方法合成了ZnO₂/ZnO的异质结结构，最后通过共浸渍的方法负载了LaCe固溶体，该复合催化剂可通过控制氧化温度和H₂O₂的浓度控制生成的ZnO₂的含量，通过共浸渍的方式添加LaCe固溶体，该复合光催化剂合成方法简单、可控，且表面具有丰富的氧活性位，具有高性能的光催化活性。

技术领域

本发明属于环境保护及污染物控制技术领域，具体涉及含有固溶体和异质结两重结构的复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

ZnO是一种典型的直接型的半导体材料，具有较高的电子流动性，因此能够表现出优异的光催化活性，未来将会被广泛的应用在污水中有机物及空气中存在的低含量有机污染物消除反应中。目前，以ZnO基半导体材料作为光催化剂，在污水中有机物和气体中易挥发有机物光催化分解性能仍有很大的挑战，这主要受制于ZnO晶体的表面结构和激发后电子传输速度。为了提高ZnO催化性能，科技工作者在控制其表面结构和催化性能的优化方面做了很多工作。例如，利用水热法制备了碱性功能化的ZnO的纳米片，得到的催化剂表面含有丰富的-OH基团，能大大的提高了有机物分子的捕捉吸附能力，显著提高了去除有机污染物的光催化转化性能。另外，控制ZnO的表面缺陷也是一种提高光催化活性行之有效的方法。目前主要通过真空脱氧、球磨、低温等离子体处理以及H₂等还原气体的还原处理等等方法来控制表面缺陷。一方面表面缺陷可以形成捕获陷阱，抑制载流子的复合。另一方面表面缺陷常常是催化剂的催化反应活性中心。因此表面缺陷的控制以及有机物气体的表面吸附能力的提高，都可以大大的促进ZnO催化。

但上述合成的氧化锌及其复合催化材料对于有机物降解光催化转化效率仍然非常低。因此，如何对现有的氧化锌催化剂进行改进以克服上述不足，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明提供了含有固溶体和异质结两重结构的复合光催化剂，该催化剂适用于易挥发有机物及空气中存在的低含量有机污染物消除及降解，本发明并进一步提供了其制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:

本发明的第一方面，提供一种含有ZnO₂/ZnO的异质结结构的复合光催化剂，其包括氧化锌载体和过氧化锌组分，

所述氧化锌载体为棒状结构；

所述过氧化锌组分位于棒状氧化锌载体表面并于其上形成异质结结构；

所述ZnO₂/ZnO质量比为（0-50）：100，优选地（10-30）：100；

本发明的第二方面，提供了上述含有ZnO₂/ZnO的异质结结构的复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）棒状ZnO载体的制备；

将0.3-1.0g六水合硝酸锌溶解，优选地0.5-1.0g，并加入含有0.5-1.5g的氢氧化钾水溶液优选地0.8-1.2g，所得的悬浮液转移到100mL的Teflon中并置于120-180℃烘箱中干燥15-24h，优选地150-180度，干燥18-22h；将白色沉淀物收集，分别用水和乙醇离心洗涤3次和2次，60-100℃干燥5-12h，干燥后得到白色到浅黄色的粉末样品即是ZnO₂/ZnO复合催化剂。优选地，80℃干燥8-10h；

（2）ZnO₂/ZnO的合成；