[发明专利]一种多孔类球形光催化材料及制备方法和用途

说明书

本发明涉及半导体光催化技术，具体涉及一种多孔类球形光催化材料及制备方法及用途。以锡氧化物和氯化锌为前驱体，用氨水调节氯化锌溶液pH，经水热反应制得纳米颗粒堆积而成的多孔类球形ZnSn(OH)₆。ZnSn(OH)₆的光生空穴氧化晶格羟基在材料表面生成配位不饱和金属阳离子，金属缺陷位点吸附活化二氧化碳分子，提高二氧化碳还原产甲烷性能。本发明方法简单，实现无模板制备多孔类球形结构；能耗低，无需高温和还原性气氛即可构造金属缺陷位点；材料可循环再生，吸附水分子即可修复被消耗的晶格羟基。

技术领域

本发明涉及半导体光催化技术，具体涉及一种多孔类球形ZnSn(OH)₆光催化材料及制备方法及用途。

背景技术

半导体光催化技术可在常温常压下直接利用太阳能将二氧化碳转化为碳氢燃料，为解决能源和环境问题提供了一种理想途径。ZnSn(OH)₆因具有钙钛矿结构和d¹⁰-d¹⁰电子排布结构具有优异光催化性能，应用前景广阔。但要实现其高效催化转换二氧化碳，仍需解决二氧化碳分子热力学稳定的难题。

研究表明，光催化材料表面配位不饱和的金属阳离子具有孤对电子，能够吸附活化二氧化碳分子，从而降低反应能垒，提升二氧化碳还原效率。然而，引入配位不饱和金属阳离子通常需要高温和还原性气氛，能耗高。半导体在吸收光子能量后，会产生电子-空穴对，因光生空穴具有强氧化能力，能够腐蚀材料表面的晶格。本发明利用光生空穴氧化晶格羟基，在表面产生配位不饱和的金属阳离子，从而吸附活化二氧化碳分子，改善ZnSn(OH)₆光催化还原二氧化碳性能。

进一步地，制备大比表面积的ZnSn(OH)₆有利于暴露更多的晶格羟基，从而提供更多的活性位点。近年来，球形、空心结构、立方体、多面体的ZnSn(OH)₆的合成方法日渐丰富，但均需加入有机溶剂或强碱。本发明提供了一种无需加入有机溶剂作为模板，用氨水调节pH，实现纳米颗粒自组装堆积制备多孔类球形结构ZnSn(OH)₆光催化材料的合成方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米级别、多孔类球形的ZnSn(OH)₆材料，并提供有效的制备方法。

本发明制备的多孔类球形ZnSn(OH)₆为纳米颗粒堆积结构，其方法具体包括以下步骤：

(1)以蒸馏水为溶剂，充分溶解氯化锌得到均匀溶液，用氨水调节氯化锌溶液pH为8～11；

(2)将锡氧化物分散于蒸馏水中，加入氯化锌溶液充分混合，控制锡离子和锌离子的摩尔比为1：1；

(3)将混合溶液转移至水热反应釜，放入烘箱中120～160℃反应2～12h。

(4)冷却至室温后取出，离心洗涤并干燥。

本发明的另一个目的是将上述ZnSn(OH)₆颗粒用于光催化还原二氧化碳，利用光生空穴氧化晶格羟基在材料表面构建配位不饱和的金属阳离子，用于活化二氧化碳，改善还原效率。其特征在于包括以下步骤：

(1)称取0.1～1g制备得到的ZnSn(OH)₆置于光催化反应装置中，抽真空除去含氧气态分子；

(2)用氙灯第一次辐照ZnSn(OH)₆材料0.5～4h，在材料表面生成配位不饱和金属阳离子位点；

(3)再次抽真空后将高纯二氧化碳气体通入反应装置，直至压力为一个大气压；

(4)用氙灯第二次辐照ZnSn(OH)₆催化还原二氧化碳。