[发明专利]一种高性能光催化纳米材料

说明书

本发明公开了一种高性能光催化纳米材料，步骤1，将醋酸锌加入至无水乙醇中，然后加入硫代乙酰胺，搅拌均匀，形成混合醇液；步骤2，将浓氨水通入至混合醇液中，密封超声20‑40min，然后回流反应4‑8h，降温后得到混合悬浊液；步骤3，将聚乙烯吡咯烷酮加入至混合悬浊液中，超声反应2‑4h，蒸干得到混合沉淀物；步骤4，将混合沉淀物加入至高温反应釜中红外加热2‑4h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化锌/硫化锌沉淀混合物；步骤5，将聚乙烯吡咯烷酮/氧化锌/硫化锌沉淀混合物加入至甲醇溶液中搅拌均匀，然后电解反应2‑5h，反应结束后过滤洗涤得到硫化锌/氧化锌。本发明以共沉淀作为沉淀方法，以电解反应作为激活反应，且光催化剂可达到纳米级别且可大规模的合成。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种高性能光催化纳米材料。

背景技术

近几十年来，随着全球面临的日益严重的能源危机和环境污染，氢能作为一种清洁、可再生、高燃烧值的二次能源而引起人们广泛的关注，也被称为“未来的石油”。不同于石油或煤炭燃烧会产生SO₂、CO₂等有毒物质，氢燃烧的产物是环境友好的水和热。此外相较于时下的燃料(石油、甲烷、煤炭等)，在相同的质量时，氢能含有较大的能量(119KJ/g)，是汽油的3倍，再加上氢能易储存和运输，适应各种环境的需要。因此氢能将是极为理想的能源。从能源角度出发，利用太阳能分解水产生氢是将太阳能转换为化学能，将取之不竭的太阳能通过分解水制氢，这个过程没有污染物产生，而氢能在使用后也产生水，这是一种理想的良性循环，因此利用太阳能分解水制氢是一种可持续开发和利用的过程。在光催化分解水制氢过程中，最主要的问题是光催化剂的设计和制备。

传统的光催化材料，如ZnO是一种典型的II-VI族的宽禁带(3.37eV)半导体材料，其激子结合能达60meV，拥有许多独特的物理及化学性能。而ZnO在水中受紫外光照射容易发生光腐蚀，或是由于其为两性氧化物，在强酸或强碱溶液中容易发生溶解，在某种程度上限制了其应用。ZnS因其带隙宽、化学稳定性好、无毒环保、成本低等特点而在光催化、光敏电阻、光学传感器以及光致发光材料中得到了广泛应用，有望成为新一代II-VI族半导体纳米材料的主体。然而ZnS的带隙宽度(3.6BeV)比ZnO的带宽还大，导致其光响应范围仅在紫外光区域。值得注意的是，理论计算和实验结果都已证实，将ZnO与ZnS两种宽带隙半导体材料的结合可以得到一种新型的材料，而这种材料的光致激发阈值低于单纯ZnO或ZnS两种材料中的任何一种，并且可以提高光催化剂的光生电子-空穴对的分离。同时缩小异质结光催化剂的粒径尺寸，可达到减小光生载流子迁移到催化剂表面平均自由程的效果，从而进一步提高光生电子-空穴对的分离效率，最终提高光催化活性，但纳米级异质结制备困难。迄今为止，有多种ZnO/ZnS核/壳复合结构被合成出来。而纳米级ZnO/ZnS异质结却并未见报道。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种高性能光催化纳米材料，以共沉淀作为沉淀制备方法，以电解反应作为激活反应，以现有技术相比，该方法制备的光催化剂可达到纳米级别且可大规模的合成。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种高性能光催化纳米材料，其制备方法如下：

步骤1，将醋酸锌加入至无水乙醇中，然后加入硫代乙酰胺，搅拌均匀，形成混合醇液；

步骤2，将浓氨水通入至混合醇液中，密封超声20-40min，然后回流反应4-8h，降温后得到混合悬浊液；

步骤3，将聚乙烯吡咯烷酮加入至混合悬浊液中，超声反应2-4h，蒸干得到混合沉淀物；

步骤4，将混合沉淀物加入至高温反应釜中红外加热2-4h，得到聚乙烯吡咯烷酮/氧化锌/硫化锌沉淀混合物；

步骤5，将聚乙烯吡咯烷酮/氧化锌/硫化锌沉淀混合物加入至甲醇溶液中搅拌均匀，然后电解反应2-5h，反应结束后过滤洗涤得到硫化锌/氧化锌。