[发明专利]一种ZnO/CoP复合纳米光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机复合纳米催化材料制备技术领域，具体涉及一种CoP纳米颗粒修饰ZnO纳米粉体的复合纳米催化剂及其制备方法。

背景技术

随着全球工业的发展，大量有机污染物排放到水中，已经威胁到了人类的健康，这种情况引起了科学家广泛的关注。目前，以ZnO为代表的传统半导体纳米晶光催化剂受到了广泛关注，由于其具有净化空气、降解有机物、抗菌、自清洁等优势，并且成本低、光化学性质稳定、无二次污染，这对解决目前污染治理、节能减排等重大社会关切问题具有重要意义。

然而，ZnO的禁带宽度(约3.2～3.4eV)较大，只能对波长＜387nm的太阳光进行有效吸收，这部分只占太阳光谱总能量不到10％，而对其余占太阳光总能量＞90％的可见光和红外辐射却无法利用。同时，ZnO纳米晶光催化剂的光致电荷分离态(电子-空穴对)易于复合，导致光量子效率降低，通常不会超过10％。这两点使得传统ZnO光催化技术的总体效率非常有限，极大的限制了其推广应用。

窄禁带半导体修饰技术可以有效扩展半导体纳米晶的光谱响应范围，提高光致电荷分离的量子产率，从而优化其光催化效率。CoP是一类性能优异的窄带半导体，具有下列特点：1)较宽的光谱响应范围，从而具有很好的吸光能力； 2)较小的电子重组能和较强的给电子能力，从而可以提高纳米晶界面的电荷分离能力，提高光能利用效率；3)较高的光稳定性、化学稳定性和热稳定性，保证较长的使用寿命和复杂环境适应性。

上述特点表明CoP特别适合于作为ZnO纳米晶的修饰剂，用于复合光催化功能材料的制备，是一种有效的提高光催化剂的重要方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种ZnO/CoP复合纳米光催化剂及其制备方法。本发明通过窄带半导体CoP修饰的方式可以在一定程度上解决目前ZnO存在的光电 -空穴复合率高、光量子效率低等问题，提高ZnO的可见光响应性和光催化活性。同时该复合光催化剂的制备方法简单，工艺条件易调控，成本低，易于工业生产和推广应用。

一种ZnO/CoP复合纳米光催化剂，该复合纳米光催化剂的组分含有ZnO纳米粉体和CoP纳米颗粒，所述CoP与ZnO的质量比为1.0～5.0:100，具有复合纳米结构。

所述CoP负载在ZnO表面，CoP在ZnO表面的负载量为1％～5％。

ZnO/CoP复合纳米光催化剂的尺寸介于200～400nm范围。

一种ZnO/CoP复合纳米光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用水热法制备ZnO纳米粉体

首先，取0.5485～1.097g醋酸锌，0.315～0.63g氢氧化钠和10～20mL水，置于烧杯中，剧烈搅拌10min之后转移至反应釜中，加热12～24h，将反应后得到的固体粉末通过水和乙醇反复洗涤，将洗涤后的固体粉末在温度为60～70℃加热干燥3～6h后得到ZnO纳米粉体。

(2)配制敏化液

称取二水氯化亚锡0.5～1g，超声溶解在2.5～5mL盐酸中加蒸馏水定容至 0.5～1L配成敏化液。

(3)配制活化液

称取氯化钯0.05～0.1g，超声溶解在0.5～1mL盐酸中加蒸馏水定容至1L配成活化液。

(4)配制镀液

称取六水氯化钴0.5945～1.189g，次亚磷酸钠2.12～4.24g，甘氨酸1.126～2.252g 于容器中，加蒸馏水80mL，待完全溶解后，加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH 值为11，并转移到100mL容量瓶后作为镀液待用。

(5)制备CoP负载ZnO纳米复合材料

将步骤(1)得到ZnO纳米粉体和步骤(4)得到的镀液混合，超声，搅拌，均匀后，水浴加热60℃，反应3～5h。将得到的产物用蒸馏水和乙醇交替离心洗涤。然后在真空环境下，温度为60～70℃温度范围内干燥3～5h，进行干燥，以保证将ZnO/CoP样品得到了充分干燥。

作为优选的，一种ZnO/CoP复合纳米光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用水热法制备ZnO纳米粉体

首先，称取1.097g醋酸锌和0.63g氢氧化钠置于烧杯中，加入20mL水，剧烈搅拌10min之后转移至反应釜中，加热24h，将反应后得到的固体粉末通过水和乙醇反复洗涤，将洗涤后的固体粉末在温度为70℃加热干燥3h后得到ZnO 纳米粉体。

(2)配制敏化液

称取二水氯化亚锡1g，超声溶解在5mL盐酸中加蒸馏水定容至1L配成敏化液。