CN104941625A - 一种黑色氧化锌及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黑色氧化锌，该黑色氧化锌具有较好的光催化性能。本发明还公开了上述氧化锌材料的制备方法，具体步骤为：将乙酸锌与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在60℃下搅拌20～40min，然后加入乙二醇胺络合剂，在60～80℃下搅拌30～45min，接着向其中加入冰醋酸，升温至100℃，恒温搅拌浓缩，浓缩结束后，在90～120℃下烘干，再于常温下静置8～10h；然后在N2保护下于400～600℃保温3～5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。本发明所提供的制备方法，工艺设备简单，操作可行性高。

Description

一种黑色氧化锌及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种黑色氧化锌及其制备方法。
背景技术
自1972年Fujishima和Honda发现受辐射的半导体金属氧化物TiO2表面氧化还原反应光解水以来，TiO2成为降解污染物前景最好的光催化材料。然而TiO2的禁带宽度Eg＝3.2eV，相对应的吸收波长只有在小于或等于387nm的紫外光才可以激发TiO2导带电子和价带空穴的分离产生光催化反应。但是，紫外光在太阳能中不足5％，导致TiO2光催化的太阳能利用率很低，因此开发一种对可见光敏感的光催化材料极为重要。
与TiO2相比，ZnO的禁带宽度约为3.4eV，有着大的激发束缚能，这决定着ZnO材料在一定条件下具有更优异的光催化性能。一方面ZnO是直接带隙半导体,其本身的能带性质决定了ZnO电子跃迁几率要远高于TiO2，因此ZnO有着更高的量子效率；另一方面与TiO2相比,ZnO中存在较多氧空位,能够形成电子陷阱因而加速电子-空穴对的分离,提高降解效率。
Wu等人采用金属有机气相沉积方法在高温下成功制备出Mg2+ZnO纳米棒阵列；Ghosh等人采用低水热法合成Cd3+掺杂ZnO的纳米晶，随着Cd3+浓度的增加，可以看到明显的红移现象；王荣华等人研究了激光复合加热蒸发技术制备Ag+掺杂ZnO纳米晶半导体光催化剂。而对于黑色氧化锌材料目前尚未报道。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种具有良好可见光催化性能的黑色氧化锌及其制备方法，克服氧化锌材料在可见光条件下低光催化性能的缺陷。
技术方案：本发明提供了一种氧化锌，与常规的白色氧化锌不同，可以吸收所有的可见光，颜色呈黑色。该黑色氧化锌具有较好的光催化性能。
本发明还公开了上述氧化锌材料的制备方法，具体步骤为：
将乙酸锌与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在60℃下搅拌20～40min，然后加入乙二醇胺络合剂，在60～80℃下搅拌30～45min，接着向其中加入冰醋酸，升温至100℃，恒温搅拌浓缩，浓缩结束后，在90～120℃下烘干，再于常温下静置8～10h；
然后在N2保护下于400～600℃保温3～5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
进一步的，所述乙酸锌与无水乙醇的摩尔比为0.0133～0.0398:1。优选0.036:1
所述乙二醇胺络合剂的加入体积与混合溶液的体积比为0.02～0.1。优选0.05
所述的冰醋酸加入体积与乙二醇胺体积比为1:1～3。优选1:2
所述的浓缩终点为，浓缩至原混合液体积的1/3。
更进一步的，本发明所述的制备方法按如下步骤进行：
将乙酸锌与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在60℃下搅拌20～40min，然后加入乙二醇胺络合剂，在60～80℃下搅拌30～45min，接着向其中加入冰醋酸，升温至100℃，恒温搅拌浓缩，浓缩结束后，在90～120℃下烘干，再于常温下静置8～10h；然后在N2保护下于600℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
有益效果：本发明制得的黑色氧化锌与商用氧化锌材料相比，黑色氧化锌的光催化性能更优。此外，本发明所提供的制备方法，工艺设备简单，操作可行性高。
附图说明
图1为本发明制备的黑色氧化锌材料(在N2保护下于500℃保温5h)和商用氧化锌的可见光催化降解亚甲基蓝对比图。
具体实施方式：
本发明制备黑色氧化锌材料的方法，具体包含以下步骤：
步骤1)将15g乙酸锌对应100ml～500ml无水乙醇配制成溶液；
步骤2)将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌30min，随后按每100ml的混合液对应5～10ml加入适量的的乙二醇胺，在60～80℃搅拌15～30min；
步骤3)接着向该混合液加入冰醋酸其中其中冰醋酸与乙二醇胺的体积比为1：(1～3)，随后升温至100℃，并在100℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，置于90～120℃恒温干燥箱内烘干，常温静置8～12h；
步骤4)在400～600℃N2保护下保温3～5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
以下给出本发明的几个较佳实施方案：
实施例1
本实施方案具体包括以下步骤：
步骤1)将10g乙酸锌对应100ml无水乙醇配制成溶液；
步骤2)将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后向混合液中加入乙二醇胺，其中乙二醇胺和混合液体积比为1:20，80℃搅拌15min；
步骤3)接着将冰醋酸加入到正在搅拌的混合溶液中，其中冰醋酸与乙二醇胺的体积比为1:1。随后升温至100℃，并在100℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，置于90℃恒温干燥箱内烘干，常温静置9h；
步骤4)在400℃N2保护下保温3h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例2
本实施方案具体包括以下步骤：
步骤1)将15g乙酸锌对应200ml无水乙醇配制成溶液；
步骤2)将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后向混合液中加入乙二醇胺，其中乙二醇胺和混合液体积比为1:18，80℃搅拌20min；
步骤3)接着将冰醋酸加入到正在搅拌的混合溶液中，其中冰醋酸与乙二醇胺的体积比为1:2。随后升温至100℃，并在100℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，置于100℃恒温干燥箱内烘干，常温静置10h；
步骤4)在600℃N2保护下保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例3
本实施方案具体包括以下步骤：
步骤1)将15g乙酸锌对应150ml无水乙醇配制成溶液；
步骤2)将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后向混合液中加入乙二醇胺，其中乙二醇胺和混合液体积比为1:15，80℃搅拌20min；
步骤3)接着将冰醋酸加入到正在搅拌的混合溶液中，其中冰醋酸与乙二醇胺的体积比为1:2。随后升温至100℃，并在100℃恒温下搅拌至原混合液体积的1/3，置于100℃恒温干燥箱内烘干，常温静置10h；
步骤4)在400℃N2保护下保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例4
步骤1～3与实施例3相同。
步骤4)在N2保护下于500℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例5
步骤1～3与实施例3相同。
步骤4)在N2保护下于600℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例6
步骤1～3与实施例3相同。
步骤4)在N2保护下于500℃保温3h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例7
步骤1～3与实施例3相同。
步骤4)在N2保护下于500℃保温4h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
实施例8
步骤1～3与实施例3相同。
步骤4)在N2保护下于500℃保温5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
将上述实施例中制得的0.10g黑色氧化锌材料和0.10g商用氧化锌分别在可见光条件下催化降解浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液90mL。其结果如图1所示。从图中可知，黑色氧化锌材料在可见光照射下70min对降解亚甲基蓝溶液有较好的效果，降解效率明显优于商用氧化锌。

Claims (6)

1.一种氧化锌，其特征在于所述的氧化锌可以吸收所有的可见光，呈黑色。
2.一种氧化锌的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
将乙酸锌与无水乙醇混合，配制成混合溶液；在60℃下搅拌20～40min，然后加入乙二醇胺络合剂，在60～80℃下搅拌30～45min，接着向其中加入冰醋酸，升温至100℃，恒温搅拌浓缩，浓缩结束后，在90～120℃下烘干，再于常温下静置8～10h；
然后在N2保护下于400～600℃保温3～5h后，随炉冷却至室温，获得黑色氧化锌材料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述乙酸锌与无水乙醇的摩尔比为0.0133～0.0398:1。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述乙二醇胺络合剂的加入体积与混合溶液的体积比为0.02～0.1。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的冰醋酸加入体积与乙二醇胺体积比为1:1～3。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的浓缩终点为，浓缩至原混合液体积的1/3。
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