[发明专利]作为光催化剂的铜银共掺杂纳米氧化锌及其制备方法

说明书

本发明公开了作为光催化剂的铜银共掺杂纳米氧化锌及其制备方法，采用溶胶‑凝胶法，以金属醇盐(乙酸铜和乙酸锌)及酸盐(硝酸银)为原料，将其溶于溶剂中形成具有一定空间结构的凝胶，最后经过干燥和热处理过程能制备得到颗粒尺寸较为均匀、纯度高的铜银共掺杂的纳米氧化锌。本发明通过在氧化锌中掺杂铜和银，在提高纳米氧化锌光催化活性的同时降低生产成本、实现工业化生产。

技术领域

本发明属于光催化剂材料制备技术领域，涉及光催化剂氧化锌的制备方法，具体涉及一种铜银共掺杂氧化锌复合光催化剂及其制备。

背景技术

具有光催化活性的二元化合物按照元素组成可分为金属氧化物和金属硫化物两种。目前人们最常用到的、科学研究最为广泛的是TiO₂和ZnO。

TiO₂具有稳定性较好、耐酸碱性强等特点，因此受到广泛关注。然而TiO₂的带隙能较高，限制了其光吸收利用。此外，TiO₂有三种晶型，锐钛矿、金红石和板态矿：(1)板态矿型不稳定；(2)金红石型最稳定，具有较好的晶化态、缺陷少，导致电子和空穴容易复合，几乎没有光催化活性；(3)锐钛矿型晶格中含有较多的缺陷和空位，从而产生较多的氧空位来捕获电子，具有较高的光催化活性和光电转换活性；然而目前TiO₂制备工艺中对晶型的控制相对复杂，且制备要求非常严格。

随着人们对ZnO研究的深入，虽然ZnO没有TiO₂稳定性好，但是其输运性能要比TiO₂好，且其晶体形貌容易控制，目前已成为光催化材料研究领域的关键材料之一。

ZnO虽然具有一定的光催化活性，但是其光利用率较低，存在光腐蚀现象，无法实现重复使用。近年来，许多研究表明，在ZnO中掺杂贵金属(如银)能够极大改善ZnO的光催化活性及光响应范围。Georgekutty等人公开了一种ZnO/Ag复合物光催化剂，以乙酸锌、草酸和硝酸银为原料，经加热搅拌、静置、干燥及煅烧制备得到ZnO/Ag复合物光催化剂，研究表明，当掺Ag量为3mol％时，ZnO/Ag复合物光催化活性为最佳(A highly efficent Ag-ZnOphotocatalyst:synthesis,properties,and mechanism[J].Journal of PhysicalChemistry C,2008,112(35):13563)。然而一方面由于Ag为贵重金属，掺杂Ag会带来生产成本较高的问题，不利于工业化生产应用；另一方面其对ZnO光催化活性的提升比较有限。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述现有技术中的不足，提供一种作为光催化剂的铜银共掺杂纳米氧化锌及其制备方法，通过在氧化锌中掺杂铜和银，在提高纳米氧化锌光催化活性的同时降低生产成本，有利于实现工业化生产。

本发明采用溶胶-凝胶法，以金属醇盐(乙酸铜和乙酸锌)及酸盐(硝酸银)为原料，将其溶于溶剂中形成具有一定空间结构的凝胶，最后经过干燥和热处理过程能制备得到颗粒尺寸较为均匀、纯度高的铜银共掺杂的纳米氧化锌，具体步骤如下：在搅拌条件下，于55～65℃将硝酸银、乙酸锌、乙酸铜和稳定剂溶于无水乙醇中形成溶液，所得溶液经静置、干燥至呈凝胶状态得到湿凝胶，所得湿凝胶首先于180～220℃烧结20～40min后继续升温至450～650℃烧结160～240min即得到铜银共掺杂纳米氧化锌；

所述硝酸银、乙酸铜、乙酸锌的摩尔比为(0.03～0.005)：(0.002～0.05)：(0.97～0.92)；所述稳定剂与乙酸锌的体积与质量之比为(0.58～0.60)：1，体积以mL计，质量以g计。

上述光催化剂的铜银共掺杂纳米氧化锌的制备方法，本发明采用乙酸铜和乙酸锌作为原料更易形成溶液和凝胶，最终得到光催化效果较好的铜银共掺杂纳米氧化锌。