[发明专利]一种氧化锌复合薄膜可见光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物半导体薄膜光催化剂技术领域，特别涉及一种氧化锌复合薄膜可见光催化剂的制备方法。

技术背景

随着工业和经济建设的日益发展，环境污染和能源短缺也逐渐成为国家和社会重点关注的问题。光催化降解技术，与传统除污工艺相比，具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、节能、可重复使用等优点，是一项具有广泛应用前景的高效节能现代污水处理技术。

氧化锌(ZnO)是一种重要的宽带半导体光催化剂，室温下的禁带宽度3.37eV，束缚激子能为60meV，易被激发。具有化学稳定性高、对人体无害、廉价等特点，而成为半导体光催化研究领域中应用广泛的一种新型环保材料。但是在实际应用中仍然存在着一些需要改进的问题，如纳米氧化锌催化剂的分散和回收难，可见光利用效率低等问题。因此，氧化锌的固定化以及提高可见光催化效率等方面研究引起人们的广泛关注，已成为近年来光催化研究领域的热点课题。近年采用半导体的复合技术来阻止电子一空穴对的复合以提高催化效率的研究十分活跃，一些二元氧化锌复合光催化剂相继报道，如ZnO-TiO₂、ZnO-TiO₂、ZnO-SiO₂、ZnO-SnO₂以及ZnO-ZnSnO₃等。但是，到目前为止氧化锌复合薄膜光催化剂的研究报道却很少。在Ceramics International，35(2009)2261-2270中，J.Tian等人采用溶胶凝胶法得到TiO₂/ZnO纳米复合薄膜，但是，这种氧化锌复合薄膜只在紫外光照射下才显示出催化活性。在申请号为200710030939.2的专利申请中，公开了一种氧化锌薄膜光催化剂的制备方法，解决了粉体氧化锌的固定化问题，避免了纳米氧化锌的二次团聚，从而提高了其光催化活性。但是，该氧化锌薄膜也只在紫外光照射下才显示出催化活性。在申请号为200810103010.2的专利申请中，我们采用水滑石(layered doublehydroxies简称LDHs)为前驱体的浆料涂敷热分解法制备得到氧化锌复合薄膜，实现了氧化锌复合氧化物的固定化问题。但是，由于焙烧温度过高，氧化锌晶体颗粒尺寸大，氧化锌比表面积较低，该薄膜没有表现出良好的光催化性能。

近年来的研究表明，过渡金属离子掺杂和氧化物的复合技术是提高光催化效率和拓宽其光响应范围的有效手段。过渡金属离子掺杂和氧化物的复合后的半导体光催化剂可以以可见光或太阳光作为光源，大大降低光催化技术的运行成本，这也是光催化剂能否得到更广泛应用的关键所在。因此，探索研究掺杂改性和氧化物的复合技术的新方法，发展和完善氧化锌复合薄膜材料的制备技术具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锌复合薄膜可见光催化剂的制备方法，解决了氧化锌光催化剂对可见光响应性差的问题。

本发明首先采用成核晶化隔离法制备得到三元水滑石M^IIZnAlCO₃-LDHs浆料液，其通式为M_xZn₆Al₂(OH)_16+2xCO₃·4H₂O(其中0＜x＜1；M＝Cu，Co)，然后采用浆料涂敷技术在基片上制备得到了M^IIZnAlCO₃LDHs涂层前驱体，经热分解得到氧化锌复合薄膜，其工艺步骤如下：

用去离子水配制混合盐溶液和混合碱溶液各100ml，量取70～80ml的混合碱溶液与100ml的混合盐溶液迅速同步加入全返混旋转液膜反应器中进行反应，采用成核晶化隔离法，在60～90℃水浴中晶化6～8h，离心洗涤分离，加水超声分散40～60min，得到粒径大小在40～60nm，稳定的M²⁺ZnAlCO₃-LDHs浆液；然后将其涂敷在基片上，15～30℃干燥固化，得到M²⁺ZnAlCO₃-LDHs干涂层；以2～5℃/min升温速率升温烧结，恒温2～4小时，之后程序降温至室温，得到ZnO复合薄膜；以亚甲基蓝的可见光催化降解反应作为模型反应，评价其光催化性能。