一种薄壁空心ZnO球材料及其制备方法与应用

本发明属于光催化分解水产氢，涉及光催化剂的制备，具体涉及一种薄壁空心zno球材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、zno作为光催化分解水制氢的光催化剂存在固有的光生载流子复合率高、带隙较宽等问题，形貌调控能够提高光生载流子的分离和迁移效率，其中，通过构筑zno空心材料可以提升zno的光催化活性。然而，据发明人研究了解，目前制备zno空心材料过程比较复杂和繁琐，不利于节约成本，从而影响其的实际应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种薄壁空心zno球材料及其制备方法与应用，本发明提供的薄壁空心zno球材料可提升其比表面积以提供更多表面活性位点，促进光催化分解水制氢，而且空心球材料因其广阔的内部空间，可以提高光的利用率，从而提高了光催化活性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、第一方面，一种薄壁空心zno球材料的制备方法，将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、水杨酸和二水乙酸锌按照质量比为1:0.35～0.30:0.20～0.25加入至有机溶剂中，混合均匀，然后加热至150～170℃进行溶剂热反应，将溶剂热反应的产物在空气氛围条件下进行煅烧，即得。

4、本发明以二水乙酸锌作为锌源，采用pvp作为模板，并采用水杨酸进行鳌合，在溶剂热反应中进行自组装产生球形前驱体，然后煅烧获得球形zno材料，溶剂热反应过程中，溶剂热反应过程中，二水乙酸锌溶解后，其乙酸阴离子可以使水杨酸的羧酸基脱质子化，锌离子可以与水杨酸盐的羟基相结合，从而使水杨酸配体与金属阳离子之间实现可靠的配位，并吸附在pvp的模板上形成了所需要的球形结构。同时，在煅烧时不仅可以去除pvp，而且可以利用材料表面产生的晶面能使前驱体内部晶粒发生溶解和生长。

5、然而，本发明经过实验意外发现，该反应体系中，调节水杨酸的含量能够调节制成zno的形貌，当水杨酸的含量提高时，zno由多孔实心球转变为空心球，当水杨酸含量进一步提高时，空心球的球壁逐渐变薄。本发明薄壁空心zno球材料的比表面积更高，活性位点更多；同时在薄壁空心zno球材料的中空结构有利于光在材料内部的反射、折射，更多的光作用在材料表面。相对于光的透过，光在材料内部的反射、折射，有利于光的利用率，从而提高了光催化活性。

6、第二方面，一种薄壁空心zno球材料，由上述制备方法获得。

7、第三方面，一种上述薄壁空心zno球材料在光催化分解水制氢中的应用。

8、本发明的有益效果为：

9、(1)本发明的制备方法仅改变水杨酸的含量就可以获得薄壁空心zno球材料，采用溶剂热法，简单、高效、重现性好，比表面积更大，尺寸较均匀。

10、(2)本发明制备的薄壁zno材料具有更大的比表面积，可以提供更多的反应活性位点，有利于反应物的吸附和反应。并且其宽阔的内部空间可以提高光的利用率，实现高效的光催化产氢。

技术特征：

1.一种薄壁空心zno球材料的制备方法，其特征是，将聚乙烯吡咯烷酮、水杨酸和二水乙酸锌按照质量比为1:0.35～0.30:0.20～0.25加入至有机溶剂中，混合均匀，然后加热至150～170℃进行溶剂热反应，将溶剂热反应的产物在空气氛围条件下进行煅烧，即得。

2.如权利要求1所述的薄壁空心zno球材料的制备方法，其特征是，所述有机溶剂为醇类溶剂，优选为乙醇。

3.如权利要求1所述的薄壁空心zno球材料的制备方法，其特征是，先将pvp加入至有机溶剂中溶解，然后加入水杨酸和二水乙酸锌溶解。

4.如权利要求1所述的薄壁空心zno球材料的制备方法，其特征是，溶剂热反应体系中，有机溶剂的体积与反应容器的容积比为1:1.8～2.2。

5.如权利要求1所述的薄壁空心zno球材料的制备方法，其特征是，将溶剂热反应后的物料进行离心、洗涤、干燥、研磨，然后在空气氛围条件下进行煅烧。

6.如权利要求1所述的薄壁空心zno球材料的制备方法，其特征是，煅烧的温度为450～550℃，煅烧的时间为2～4h。

7.一种薄壁空心zno球材料，其特征是，由权利要求1～6任一所述的制备方法获得。

8.一种权利要求7所述的薄壁空心zno球材料在光催化分解水制氢中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征是，将所述薄壁空心zno球材料加入至溶液中混合均匀，然后对混合后的溶液进行光照；其中，所述溶液中含有牺牲剂。

10.如权利要求9所述的应用，其特征是，所述牺牲剂为硫化钠和亚硫酸钠；

技术总结本发明属于光催化分解水产氢技术领域，涉及光催化剂的制备，具体涉及一种薄壁空心ZnO球材料及其制备方法与应用。将PVP、水杨酸和二水乙酸锌按照质量比为1:0.35～0.30:0.20～0.25加入至有机溶剂中，混合均匀，然后加热至150～170℃进行溶剂热反应，将溶剂热反应的产物在空气氛围条件下进行煅烧，即得。本发明提供的薄壁空心ZnO球材料可提升其比表面积以提供更多表面活性位点，促进光催化分解水制氢，而且空心球材料因其广阔的内部空间，可以提高光的利用率，从而提高光催化活性。技术研发人员：孙彬,刘方璇,周国伟,刘子妍,张宝龙,孙学凤,曹培受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）技术研发日：技术公布日：2024/5/27