[发明专利]氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锌/氧化铟异质结光催化材料以及该材料的制备方法，属于光催化材料制备技术领域。

背景技术

随着人类社会的发展，环境污染和能源问题越来越严重。自从Fujishima和Honda在1972年发现TiO₂(二氧化钛)电极在光照下产生氢气和氧气以来，光催化材料的研究越来越引起人们的关注，它被认为是解决现在环境和能源问题的最理想的解决方案。近十几年来，全世界科学家对光催化材料的研究，已经取得了很大的进展，但是目前光催化材料方面的研究依然存在着整体光催化效率较低和载流子难以分离的问题。而异质结被认为是解决这一问题的理想办法。

氧化锌是一种性能优越的宽禁带半导体，能带宽度为3.37电子伏特，由于其良好的物理和化学特性而被广泛的应用和研究。同时，氧化锌也是一种非常好的光催化材料，在降解某些有机染料方面甚至超过了目前被广泛应用的TiO₂。但其光生载流子的快速复合影响了其光催化效率的进一步提高。氧化铟是一种良好的间接带隙半导体(直接带隙为3.6电子伏，间接带隙为2.8电子伏)，被广泛应用于制造透明导电薄膜，具有良好的电子传输性质。因此，将两者复合形成异质结，将更有利于载流子的分离，从而提高光催化效率。

氧化锌/氧化铟纳米异质结材料的化学式为ZnO/In₂O₃，通常用来制备氧化锌/氧化铟异质结材料的方法有：金属有机化学气相沉积、分子束外延、磁控溅射等制备方法。这些合成方法大多需要价格高昂的设备及复杂的制作工艺，并且存在合成的异质结材料的比表面积小、不适用于光催化等缺点。

发明内容

本发明针对目前氧化锌/氧化铟异质结材料制备方法复杂以及制备出的氧化锌和氧化铟异质结材料存在的比表面积小、不适用于光催化以及光催化材料载流子分离比较困难、整体光催化效率较低等缺点，提供一种比表面积大、适用于光催化的氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料，同时提供一种该材料的制备方法，该方法简单、成本低、易于大规模生产，能够显著改善光生载流子的分离，提高材料光催化性能。

本发明的氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料的化学式为ZnO/In₂O₃，硝酸锌和硝酸铟的摩尔比为1:5--5:1。

硝酸锌和硝酸铟最优的摩尔比为1：2--1：1。

上述氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将摩尔比为1:5--5:1的硝酸锌和硝酸铟混合，完全溶解于去离子水中形成透明溶液，将氨水滴加到该透明溶液中，使溶液的pH值调解到9，陈化24小时，将硝酸锌和硝酸铟充分沉淀；

(2)用去离子水过滤洗涤、沉淀三次后，在95℃将沉淀物蒸干，再在600℃~1000℃退火2个小时，即得氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料。

步骤(2)中的退火的最优温度为750℃-850℃。

本发明利用共沉淀法将氧化锌和氧化铟复合形成纳米异质结材料，方法简单、成本低、易于大规模生产，制备的氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料具有较大的比表面积，显著改善了光生载流子的分离，大大提高了材料的光催化性能。

具体实施方式

实施例1

(1)将摩尔比为1:5的硝酸锌和硝酸铟两种原料混合，充分溶解于去离子水中，形成透明溶液。将氨水滴加到透明溶液中，调解pH值到9，陈化24小时，将原料充分沉淀。

(2)用去离子水过滤洗涤，沉淀三次后，在95℃将沉淀蒸干。在800℃退火2个小时。即得氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料。

实施例2

(1)将摩尔比为1：2的硝酸锌和硝酸铟两种原料混合，充分溶解于去离子水中，形成透明溶液。将氨水滴加到透明溶液中，调解pH值到9，陈化24小时，将原料充分沉淀。

(2)用去离子水过滤洗涤，沉淀三次后，在95℃将沉淀蒸干。在800℃退火2个小时。即得氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料。

实施例3

(1)将摩尔比为1：1的硝酸锌和硝酸铟两种原料混合，充分溶解于去离子水中，形成透明溶液。将氨水滴加到透明溶液中，调解pH值到9，陈化24小时，将原料充分沉淀。

(2)用去离子水过滤洗涤，沉淀三次后，在95℃将沉淀蒸干。在800℃退火2个小时。即得氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料。

实施例4