一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑及其制備方法和應(yīng)用。采用CaTiO3或者Bi2WO6等層狀結(jié)構(gòu)化合物作為晶種，調(diào)控ZnO不同晶面的生長(zhǎng)速度，使其暴露高比例極性晶面。采用所合成的片狀ZnO催化劑高效降解陰離子染料甲基橙和陽離子染料羅丹明B，降解率高達(dá)90%以上。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，對(duì)環(huán)境十分友好，可應(yīng)用于染料廢水降解。
【專利說明】一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體的表面性質(zhì)對(duì)于光催化至關(guān)重要，半導(dǎo)體的光催化性能(活性和選擇性)強(qiáng)烈依賴于其表面原子結(jié)構(gòu)。表面原子排列和本征配位性決定了半導(dǎo)體表面對(duì)底物的吸附以及光生電子與表面底物間的轉(zhuǎn)移能力。通常不同取向的晶面有著不同的表面原子排列和本征配位性。因此，半導(dǎo)體的光催化性能依賴于其暴露的晶面。
[0003]大量的理論研究證明ZnO的各個(gè)晶面的表面自由能是不同的。通常情況下，晶體中極性晶面的表面能相對(duì)非極性晶面較高，屬于不穩(wěn)定面。因此，為了維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶體在生長(zhǎng)時(shí)盡可能增加非極性面而減少極性面的裸露，從整體上降低晶體的表面能。而通常暴露大比例的高能極性晶面具有較高的光催化性能。所以對(duì)納米晶體裸露高能極性表面的制備具有重要的意義。
[0004]目前大量涉及暴露氧化鋅高能極性晶面的文獻(xiàn)，大多采用有機(jī)表面活性劑和改性齊U，如:十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，檸檬酸鹽以及一些其他有機(jī)高分子等等。但是，有機(jī)添加劑對(duì)環(huán)境十分不友好。還有一些報(bào)道采用高溫熔鹽法、氨解法以及選取不同濃度的鋅源等制備得到了暴露一定比例的氧化鋅極性晶面。這些制備方法存在催化劑制備工藝復(fù)雜和原材料成本高等問題。
[0005]下面提及的專利也涉及納米氧化鋅或其晶面控制方法:
CN100500949公開了一種納米氧化鋅晶面可控生長(zhǎng)的方法。該發(fā)明通過離子液體實(shí)現(xiàn)納米氧化鋅晶面可控生長(zhǎng)的方法，該發(fā)明涉及的方法與結(jié)果均與本發(fā)明不同。
[0006]CN103303966A公開了一種纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米片的制備方法。該發(fā)明采用的是水熱法，攪拌下將四甲基銨加入硝酸鋅水溶液中，得到懸浮液作為水熱反應(yīng)的前驅(qū)體漿料；將前驅(qū)體漿料密閉于反應(yīng)釜系統(tǒng)中，經(jīng)水熱反應(yīng)后得到纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米片，該發(fā)明沒有使用晶種。
[0007]CN102408124A公開了 ZnO納米片狀陣列的制備方法。該發(fā)明首先制備ZnO晶種溶液，并在基底上進(jìn)行旋涂，然后配置ZnO納米片生長(zhǎng)的反應(yīng)液，并將旋涂有晶種溶液的基底放入反應(yīng)液中，密封，進(jìn)行ZnO納米片狀陣列的生長(zhǎng)，該發(fā)明使用的是ZnO晶種溶液，而本發(fā)明使用的是CaTiO3或者Bi2WO6等層狀結(jié)構(gòu)化合物作為晶種。
[0008]CN102408124A公開了一種基于氧化鋅納米棒陣列制備氧化鋅納米片的方法，該發(fā)明先在潔凈的平面襯底上制備出一層直立生長(zhǎng)的氧化鋅納米棒陣列層；然后在鋅離子生長(zhǎng)溶液中生長(zhǎng)，該發(fā)明使用的是氧化鋅納米棒陣列層，與本發(fā)明使用的CaTiO3或者Bi2WO6等層狀結(jié)構(gòu)化合物晶種不同。
[0009]本發(fā)明提供一種制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，對(duì)環(huán)境十分友好的制備方法，與以上報(bào)道在制備方法或晶體結(jié)構(gòu)方面均有本質(zhì)區(qū)別，并可應(yīng)用于染料廢水降解。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑及其制備方法和應(yīng)用。制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，對(duì)環(huán)境十分友好，可應(yīng)用于染料廢水降解。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的暴露極性晶面比例高達(dá)90%以上。
[0012]利用層狀結(jié)構(gòu)化合物作為晶種，采用化學(xué)浴的方法合成暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑。所述的層狀結(jié)構(gòu)化合物包括CaTiO3和Bi2W06。
[0013]所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的制備方法包括以下步驟:
(1)將2.0-10.0 mg CaTiO3或Bi2WO6分散于80-150mL去離子水中，超聲10-40分鐘，再分別加入1.0-2.0 g五水合硝酸鋅和0.5-1.5g六亞甲基四胺，攪拌使之溶解，得前驅(qū)物；
(2)將前驅(qū)物于60-120°C保溫12-36小時(shí)，隨后自然降溫至室溫，所得沉淀經(jīng)蒸餾水洗滌數(shù)次后，于60-80°C烘12-24小時(shí)，即得所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑。
[0014]所述的氧化鋅催化劑用于光催化降解陰離子型染料甲基橙和陽離子型染料羅丹明B。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及檢測(cè)方法為:將一定量的催化劑加入到不同含量的甲基橙或者羅丹明B模擬污染廢水中，在磁力攪拌下，采用紫外光源照射一定時(shí)間，離心后，取上層清液，采用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)量反應(yīng)前后溶液吸光度。
[0015]本發(fā)明的顯著特點(diǎn)在于:利用CaTiO3或者Bi2WO6等層狀結(jié)構(gòu)化合物作為晶種，在化學(xué)浴條件下，調(diào)控ZnO不同晶面的生長(zhǎng)速度，使其暴露高比例極性晶面。所合成的暴露高比例極性晶面的片狀ZnO催化劑能夠高效降解陰離子染料甲基橙和陽離子染料羅丹明B。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，對(duì)環(huán)境十分友好，并可應(yīng)用于染料廢水處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是實(shí)施例1合成的催化劑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。
[0017]圖2是實(shí)施例2合成的催化劑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面列舉實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0019]實(shí)施例1
將4.8 mg CaTiO3層狀結(jié)構(gòu)化合物晶種溶解于100 mL的去離子水中，超聲10分鐘，再將1.487 g五水合硝酸鋅及0.7 g六亞甲基四胺分別溶解于上述100 mL的去離子水中，攪拌即得前驅(qū)物。將前驅(qū)物置于150mL圓底燒瓶中，放入油浴鍋中，并在90°C保溫24小時(shí)，隨后自然降溫至室溫，所得沉淀經(jīng)蒸餾水洗滌數(shù)次后，在80°C條件下烘干24小時(shí)，即得催化齊U。經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察，其形貌為六方片狀結(jié)構(gòu)。
[0020]實(shí)施例2
將4.8 mg Bi2WO6層狀結(jié)構(gòu)化合物晶種溶解于100 mL的去離子水中，超聲40分鐘，再將1.487 g五水合硝酸鋅及0.7 g六亞甲基四胺分別溶解于上述100 mL的去離子水中，攪拌即得前驅(qū)物。將前驅(qū)物置于150mL圓底燒瓶中，放入油浴鍋中，并在90°C保溫24小時(shí)，隨后自然降溫至室溫，所得沉淀經(jīng)蒸餾水洗滌數(shù)次后，在80°C條件下烘干24小時(shí)，即得催化齊U。經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察，其形貌為六方片狀結(jié)構(gòu)，片的厚度約為50 nm。
[0021]實(shí)施例3
稱取80毫克實(shí)施例1合成的催化劑，加入到80毫升5 ppm的甲基橙溶液中，在800轉(zhuǎn)磁力攪拌下，采用365 nm紫外光源，進(jìn)行照射200分鐘后，離心，過濾，取上清液通過Cary50紫外可見分光光度計(jì)檢測(cè)，甲基橙的去除率達(dá)到了 92%。
[0022]實(shí)施例4
稱取80毫克實(shí)施例1合成的催化劑，加入到80毫升5 ppm的羅丹明B溶液中，在800轉(zhuǎn)磁力攪拌下，采用365 nm紫外光源，進(jìn)行照射200分鐘后，離心，過濾，取上清液通過Cary50紫外可見分光光度計(jì)檢測(cè)，羅丹明B的去除率達(dá)到了 95%。
[0023]實(shí)施例5
稱取80毫克實(shí)施例2合成的催化劑，加入到80毫升5 ppm的甲基橙溶液中，在800轉(zhuǎn)磁力攪拌下，采用365 nm紫外光源，進(jìn)行照射200分鐘后，離心，過濾，取上清液通過Cary50紫外可見分光光度計(jì)檢測(cè)，甲基橙的去除率達(dá)到了 90%。
[0024]實(shí)施例6
稱取80毫克實(shí)施例2合成的催化劑，加入到80毫升5 ppm的羅丹明B溶液中，在800轉(zhuǎn)磁力攪拌下，采用365 nm紫外光源，進(jìn)行照射200分鐘后，離心，過濾，取上清液通過Cary50紫外可見分光光度計(jì)檢測(cè)，羅丹明B的去除率達(dá)到了 96%。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑，其特征在于:ZnO催化劑暴露極性晶面比例高達(dá)90%以上。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的方法，其特征在于:利用層狀結(jié)構(gòu)化合物作為晶種，采用化學(xué)浴的方法合成暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的制備方法，其特征在于:所述的層狀結(jié)構(gòu)化合物包括CaTiO3和Bi2W06。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將2.0-10.0 mg CaTiO3或Bi2WO6分散于80-150mL去離子水中，超聲10-40分鐘，再分別加入1.0-2.0 g五水合硝酸鋅和0.5-1.5g六亞甲基四胺，攪拌使之溶解，得前驅(qū)物； (2)將前驅(qū)物于60-120°C保溫12-36小時(shí)，隨后自然降溫至室溫，所得沉淀經(jīng)蒸餾水洗滌數(shù)次后，于60-80°C烘12-24小時(shí)，即得所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑。
5.一種如權(quán)利要求1所述的暴露高比例極性晶面片狀氧化鋅催化劑的應(yīng)用，其特征在于:所述的氧化鋅催化劑用于光催化降解陰離子型染料甲基橙和陽離子型染料羅丹明B。
【文檔編號(hào)】C02F101/38GK103920483SQ201410179775
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】劉平, 黃綿麗, 付賢智, 陳旬, 胡俊, 翁孫賢, 鄭祖陽 申請(qǐng)人:福州大學(xué)