[发明专利]一种ZnO/Au/MnOx

说明书

本发明提供了一种ZnO/Au/MnO_x光催化剂的制备方法，采用光沉积法，通过光还原反应将Au³⁺还原成金属粒子，通过光氧化反应将Mn(NO₃)₂氧化成MnO_x，将Au和MnO_x分别沉积在ZnO的{0001}和{10ī0}晶面，有利于载流子的空间分离，具有一定的协调作用，从而大大地提高样品的光催化性能。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及通过光沉积法，将导电子型和导空穴型助催化剂分别沉积在ZnO的{0001}和{10ī0}晶面，晶面间载流子的迁移有助于光生电子和空穴的自发分离，从而极大地提高ZnO的光催化性能。

背景技术

近年来，随着工农业的迅猛发展，人类面临着越来越严峻的环境和能源问题。而光催化能够利用太阳能将大气或水体中的污染物分解，同时也能将太阳能转换为氢能和电能，对于解决能源和环境问题具有战略意义，因此受到各国科学家的广泛关注。但是，目前光催化技术主要瓶颈是光催化过程中能量转换效率不高。而制约能量转换效率的一个关键因素是光生载流子的分离效率。光生载流子的分离效率会极大的影响催化剂的光催化活性，制约催化剂光催化活性的一个非常重要的因素就是光生电子和空穴的复合。载流子有效地迁移到晶体的表面，是发生光催化氧化还原反应的必要条件。所以深入地研究载流子分离和迁移到活性晶面的路径对于构建高效的光催化剂意义重大。

光化学标记法是表征半导体载流子分离路径的一种有效手段。通常助催化剂可以分为导空穴型（PbO₂，MnO_x）和导电子型（Ag，Pt，Au）。在光照条件下，导空穴型助催化剂金属离子前驱物，作为电子供体，经过氧化反应沉积在催化剂的某个晶面上；而导电子型助催化剂金属离子前驱物，可以用作电子受体，发生还原反应，沉积在催化剂的不同晶面上，从而在不同的晶面构建一个氧化还原体系，利用晶面空间驱动，有效地促进光生载流子的分离。

ZnO作为最重要的光催化剂之一，不同晶面间的协同作用还未有报道。所以本发明采用光化学标记法表征ZnO不同晶面的光催化还原和氧化的位点，深入研究氧化锌晶面间氧化还原位点的空间分离和载流子的迁移路径，构建高效的异质结光催化剂, 并可应用于染料废水降解。

发明内容

本发明的目的在于将导电子型和导空穴型助催化剂分别沉积在ZnO的{0001}和{10ī0}晶面，利用晶面间载流子的迁移驱动光生电子和空穴的自发分离，从而极大地提高ZnO的光催化性能，并应用于降解印染废水。

为实现上述目的，本发明首先是制备暴露主要晶面为{0001}和{10ī0}的ZnO六方柱，具体采用如下技术方案：

步骤1：将2.0-10.0g Zn(AC)₂·2H₂O和1.0-5.0g 六亚甲基四胺（HMTA）溶解于20-100 mL去离子水中，搅拌一段时间；

步骤2：将混合溶液移入聚四氟乙烯反应釜中，并在60-120℃保温12-36小时；

步骤3：步骤2所得沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤数次后，在60-80 ℃条件下烘干12-24小时，即得暴露晶面的六方柱状ZnO，六方柱状ZnO暴露的主要晶面为{0001}和{10ī0}晶面；

步骤4：晶面选择性光沉积，具体采用如下技术方案：取0.1-1.0 g步骤3制备的六方柱状ZnO和一定量的HAuCl₄，其中HAuCl₄的质量为ZnO的1％～20％，分散在20-60mL去离子水中，悬浮液超声分散一段时间，然后在暗反应条件下磁力搅拌30分钟，接着在紫外光条件下光沉积2-8小时，采用去离子水离心洗涤悬浮液，在60-80 ℃条件下烘干12-24小时，即得ZnO/Au光催化剂；