[发明专利]一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种氧化锌催化材料的制备方法，属于纳米功能材料技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。本发明的氧化锌催化材料包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片；具有平面同质结结构，有效地促进了光生载流子的分离，同时由于氧化锌纳米片自身具有更高的反应活性以及更多的活性暴露位点，极大地提高了氧化锌催化材料的光电催化效率。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着经济与科技的高速发展，人民生活水平以及生活质量得到提高的同时也伴随着诸多问题的出现。例如：工业革命后化石能源的快速消耗引起的能源危机，汽车尾气和工厂废气的大量排放导致空气质量的急剧下降，纺织工业的发展以及杀虫剂、表面活性剂的滥用对水资源的污染等都引起了严重的资源和环境危机。上述问题对人们的生产生活造成巨大的困扰。因而，寻找清洁、可持续能源和开发具有成本低廉、高效以及无二次污染的环境处理技术成为人们的迫切需求。传统的污染治理方法主要有：物理吸附法、化学氧化还原法、生物降解法以及填埋焚烧法。但这些技术在不同程度上存在成本高、效率低以及处理步骤繁琐等缺陷，难以从根本上解决污染问题，抑或是副产物的产生而导致二次污染，难以大规模的工业化应用。

光催化氧化技术作为一种具有巨大发展潜力的新兴技术，其能够利用自然界太阳光这一天然优势，不仅能够缓解日趋紧张的能源危机，同时在光催化降解有机染料以及抗生素等生物难降解物质方面展现出显著效果。因而，制备具有高效太阳能利用效率的半导体材料成为了当今科学研究热点。ZnO作为一种常用的宽带隙纳米半导体材料，因其优良的光电性能、高效的光催化活性、光敏性能以及良好的生物相容性得到广泛关注和发展。

ZnO的形貌结构对光催化活性有着极大的影响。目前，国内外有研究者通过水热法制备得到海胆状ZnO，但单纯的海胆状ZnO由于其过宽的带隙使其仅在紫外光区吸收，以及过快的电子-空穴对复合速率严重阻碍了其在光催化领域中的应用与发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种氧化锌催化材料及其制备方法与应用。采用本发明的方法制备的氧化锌催化材料包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片；所述氧化锌催化材料的直径为3～6μm，长度为15～18μm，具有平面同质结结构，有效地促进光生载流子的分离，能够提高光电催化效率，广泛应用于生物难降解有机物处理、染料敏化太阳能电池以及光催化还原CO₂领域。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氧化锌催化材料的制备方法，包括以下步骤：

将二水醋酸锌水溶液与六亚甲基四胺混合，得到前驱体溶液；

将前驱体溶液进行水热反应，得到所述氧化锌催化材料；

所述二水醋酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1：1.5～2.5。

优选地，所述二水醋酸锌水溶液的质量浓度为15～30mg/mL。

优选地，所述水热反应的温度为70～120℃。

优选地，所述水热反应的时间为7～12h。

优选地，所述水热反应的压力为100～275KPa。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的氧化锌催化材料，其特征在于，包括哑铃状氧化锌，及附着在哑铃状氧化锌表面的氧化锌纳米片；所述氧化锌催化材料的直径为3～6μm，长度为15～18μm。

优选地，所述氧化锌纳米片负载在哑铃状氧化锌的(101)晶面上。