[发明专利]一种纳米颗粒自组装芍药状La3+掺杂ZnO及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米颗粒自组装芍药状La³⁺掺杂ZnO及其制备方法和应用，属于纳米功能材料技术领域，针对目前急需一种获取高稳定性和催化活性的稀土掺杂ZnO特殊形貌纳米光催化剂的问题，本发明首先通过纳米颗粒自组装的方法制备出前驱体，并将前驱体转移至400℃作用退火后得到纳米颗粒自组装芍药状La³⁺掺杂ZnO，La³⁺掺杂ZnO可作为光催化剂使用，并可以通过La³⁺离子可对ZnO中的本征缺陷、光生载流子和带隙进行调控。掺杂比例为0.5～1.5％的La³⁺离子掺入ZnO主体材料后，可以增加光生电子和空穴的寿命，使催化剂的光催化活性提高，同时能拓宽ZnO光响应范围；当掺杂比例为1.5％时，光催化活性最高，3h光催化降解罗丹明B的降解率达98.2％。

技术领域

本发明属于纳米功能材料技术领域。

背景技术

随着时代的发展，环境污染也日益严重，其中水质污染越来越成为当今人们关注的热点问题。其中，染料是水污染中较为严重的且比较棘手的问题。染料广泛应用于食品、医药、印染和化妆品等行业。据统计，商业用途的染料种类已超过10万种，世界上染料的年产量约为80～90万吨，而我国染料的年产量约为15万吨，位居世界染料产量前列。在生产和使用过程中，大量种类的有机染料废水被释放到自然环境，因此全球经济突飞猛进的同时也带来了严重的环境污染问题。有机染料废水作为重点污染物遍布水体、空气和土壤中，并且这些染料废水不具有生物可降解性，在自然环境中极难降解，还含有许多对人体有致癌危害的物质，对人类的身体健康和生态环境造成了极大危害。因此，探索成本低廉、快速高效、环境友好且应用型强的有机染料废水处理方法成为当今一项意义非凡的重大课题。

光催化降解技术是一种利用新能源来解决环境污染问题的有效方法，它利用取之不尽、用之不竭的太阳光来降解地球上的有毒有害物质，既能充分利用太阳能，又能有效保护生态环境。自从1972年Honda-Fujishima在《Nature》上发表利用氧化钛作为光催化剂实现“水的光分解现象”以来，立即引起了学术界的广泛关注。1977年Bard用氧化钛作光催化剂氧化CN- 为OCN-，开创了用光催化剂处理污水的先河。近年来，以光催化技术为中心的产业经济也迅速发展，仅2002年日本国内的光催化市场规模为200～300亿日元，欧洲也达到100亿日元。在我国以光催化技术为核心的开发和研究也在蓬勃发展。可见，光催化逐渐成为世界范围内最活跃的研究领域之一。其中，光催化技术以其催化活性高、设备简单、易于操作、低能耗、氧化能力强及无二次污染等优点，被公认为是一种处理有机染料废水的“绿色”方法而广泛应用于生物难降解的染料废水处理中。