氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料及其製備方法

2023-10-08 05:18:44

專利名稱：氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化鋅/氧化銦異質結光催化材料以及該材料的製備方法，屬於光催化材 料製備技術領域。
背景技術：
隨著人類社會的發展，環境汙染和能源問題越來越嚴重。自從Fujishima和Honda在1972 年發現Ti02 (二氧化鈦)電極在光照下產生氫氣和氧氣以來，光催化材料的研究越來越引起 人們的關注，它被認為是解決現在環境和能源問題的最理想的解決方案。近十幾年來，全世 界科學家對光催化材料的研究，已經取得了很大的進展，但是目前光催化材料方面的研究依 然存在著整體光催化效率較低和載流子難以分離的問題。而異質結被認為是解決這一問題的 理想辦法。
氧化鋅是一種性能優越的寬禁帶半導體，能帶寬度為3.37電子伏特，由於其良好的物理 和化學特性而被廣泛的應用和研究。同時，氧化鋅也是一種非常好的光催化材料，在降解某 些有機染料方面甚至超過了目前被廣泛應用的Ti02。但其光生載流子的快速複合影響了其光 催化效率的進一步提高。氧化銦是一種良好的間接帶隙半導體(直接帶隙為3.6電子伏，間 接帶隙為2.8電子伏)，被廣泛應用於製造透明導電薄膜，具有良好的電子傳輸性質。因此， 將兩者複合形成異質結，將更有利於載流子的分離，從而提高光催化效率。
氧化鋅/氧化銦納米異質結材料的化學式為Zn0/In203 ，通常用來製備氧化鋅/氧化銦異 質結材料的方法有金屬有機化學氣相沉積、分子束外延、磁控濺射等製備方法。這些合成 方法大多需要價格高昂的設備及複雜的製作工藝，並且存在合成的異質結材料的比表面積小、 不適用於光催化等缺點。

發明內容
本發明針對目前氧化鋅/氧化銦異質結材料製備方法複雜以及製備出的氧化鋅和氧化銦 異質結材料存在的比表面積小、不適用於光催化以及光催化材料載流子分離比較困難、整體 光催化效率較低等缺點，提供一種比表面積大、適用於光催化的氧化鋅/氧化銦納米異質結光 催化材料，同時提供一種該材料的製備方法，該方法簡單、成本低、易於大規模生產，能夠 顯著改善光生載流子的分離，提高材料光催化性能。
本發明的氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料的化學式為Zn0/In203，硝酸鋅和硝酸銦 的摩爾比為1:5—5:1。
硝酸鋅和硝酸銦最優的摩爾比為1: 2—1: 1。
上述氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料的製備方法包括以下步驟
(1) 將摩爾比為1:5--5:1的硝酸鋅和硝酸銦混合，完全溶解於去離子水中形成透明溶液， 將氨水滴加到該透明溶液中，使溶液的PH值調解到9，陳化24小時，將硝酸鋅和硝酸銦充 分沉澱；
(2) 用去離子水過濾洗滌、沉澱三次後，在95。C將沉澱物蒸乾，再在600'CTl000 。C退 火2個小時，即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
步驟(2)中的退火的最優溫度為75(TC-850°C。本發明利用共沉澱法將氧化鋅和氧化銦複合形成納米異質結材料，方法簡單、成本低、 易於大規模生產，製備的氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料具有較大的比表面積，顯著改 善了光生載流子的分離，大大提高了材料的光催化性能。
具體實施例方式
實施例1
(1)將摩爾比為1:5的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成透 明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2)用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95。C將沉澱蒸乾。在800 。C退火2個小時。 即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。 實施例2
(1) 將摩爾比為h 2的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成 透明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在800'C退火2個小時。 即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
實施例3
(1) 將摩爾比為h 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成透 明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在800'C退火2個小時。 即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
實施例4
(1) 將摩爾比為2: 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中水中， 形成透明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在80(TC退火2個小時。
即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。 實施例5
(1) 將摩爾比為5: 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成 透明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解PH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在800 'C退火2個小時。 即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
實施例6
(1) 將摩爾比為l: 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成透 明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在600 'C退火2個小時。 即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
實施例7
(1) 將摩爾比為1: 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成 透明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在700 'C退火2個小時。即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。 實施例8
(1) 將摩爾比為1: 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成 透明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95'C將沉澱蒸乾。在900'C退火2個小時。 即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
實施例9
(1) 將摩爾比為h 1的硝酸鋅和硝酸銦兩種原料混合，充分溶解於去離子水中，形成 透明溶液。將氨水滴加到透明溶液中，調解pH值到9，陳化24小時，將原料充分沉澱。
(2) 用去離子水過濾洗滌，沉澱三次後，在95 'C將沉澱蒸乾。在IOOO 'C退火2個小 時。即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
權利要求
1. 一種氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料，其化學式為ZnO/In2O3，特徵在於硝酸鋅和硝酸銦的摩爾比為1∶5--5∶1。
2. 根據權利要求l所述的氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料，特徵在於硝酸鋅和硝酸銦 最優的摩爾比為1: 2—1: 1。
3. —種權利要求1所述氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料的製備方法，特徵在於，包括以下步驟(1) 將摩爾比為1:5--5:1的硝酸鋅和硝酸銦混合，完全溶解於去離子水中形成透明溶液, 將氨水滴加到該透明溶液中，使溶液的pH值調解到9，陳化24小時，將硝酸鋅和硝酸銦充 分沉澱；(2) 用去離子水過濾洗滌、沉澱三次後，在95'C將沉澱物蒸乾，再在600°C 1000 。C退 火2個小時，即得氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料。
4. 根據權利要求3所述氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料的製備方法，特徵在於，所述步 驟(2)中的退火的最優溫度為75(TC-85(TC。
全文摘要
本發明提供了一種氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料及其製備方法。該光催化材料的化學式為ZnO/In2O3，硝酸鋅和硝酸銦的摩爾比為1∶5-5∶1。其製備方法是(1)將摩爾比為1∶5-5∶1的硝酸鋅和硝酸銦混合，完全溶解於去離子水中形成透明溶液，將氨水滴加到該透明溶液中，使溶液的pH值調解到9，陳化24小時，將硝酸鋅和硝酸銦充分沉澱；(2)用去離子水過濾洗滌、沉澱三次後，在95℃將沉澱物蒸乾，再在600℃～1000℃退火。本發明利用共沉澱法將氧化鋅和氧化銦複合形成納米異質結材料，方法簡單、成本低、易於大規模生產，製備的氧化鋅/氧化銦納米異質結光催化材料具有較大的比表面積，顯著改善了光生載流子的分離，提高了材料的光催化性能。
文檔編號B01J23/08GK101485977SQ20091001438
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月26日 優先權日2009年2月26日
發明者張曉陽, 王澤巖, 秦曉燕, 黃柏標 申請人:山東大學