本技术公开了一种多空位类核壳ZnO@ZnS异质结的制备方法及产品与应用。该方法通过金属‑配位聚合物ZnTMT为模板,经过水热和高温煅烧工艺,制备出具有优异光催化性能的ZnO@ZnS异质结。该ZnO@ZnS异质结含有丰富的锌空位、氧空位和硫空位,能显著提高光生载流子的分离效率,增强其光催化活性,能在可见光照射下应用于降解海水中的有机污染物。本发明制备方法简单高效,易操作,低成本,利于大规模生产。本发明得到的ZnO@ZnS异质结可在不增加额外能量消耗的情况下,实现对海水中有机污染物的高效降解,具有重要的环境价值和经济价值。
背景技术
在现代社会,海洋污染问题日益严重,已经成为全球关注的焦点。海洋污染不仅破坏了海洋生态系统的平衡,还对人类健康和经济发展造成了严重影响。海洋污染的来源多种多样,包括重金属污染(如汞、砷、镉等)、塑料污染、原油泄漏以及由农业和工业活动排放的有机物污染。特别是随着海洋和水产养殖活动的不断扩大,抗生素污染问题也变得日益严重。这些污染物对海洋生物造成了长期的危害,并通过食物链影响到人类健康。因此,开发高效且环境可持续的海水污染处理方法已成为当代研究的一个重要领域。
ZnS和ZnO是典型的II-VI族宽带隙半导体材料,它们在紫外线照射下能有效生成光载体并表现出光催化活性。这两种材料因其独特的电子结构和光学性质,在光催化领域显示出巨大的应用潜力。然而,ZnO(带隙Eg=3.2eV)和ZnS(带隙Eg=3.6eV)的宽带隙限制了它们对太阳能的利用效率,因为它们主要吸收紫外光,而对可见光的吸收能力较弱。此外,光生载流子在这些材料中容易发生重组,这大大阻碍了它们在光催化过程中的应用。
为了克服这些限制,研究人员探索了将ZnO和ZnS结合形成异质结结构的方法。异质结结构可以降低光激发阈值,减少电子-空穴对重组率,从而提高光催化效率。这两种材料都具有相似的金属元素和兼容的带状结构,这促进了有效的晶格匹配,使得在ZnS和ZnO之间原位构建S型异质结成为可能。而在制备含有ZnO或ZnS的催化剂时,通常会在催化剂表面形成大量空位。这些空位能有效捕获到达表面的电荷载流子,从而提高电荷分离效率。这一过程有助于形成杂质能带,拓宽光谱响应范围,最终提高光氧化或还原过程的活性。
如现有技术CN118002152A,发明名称为一种具有锌、氧双空位的ZnO/ZnS复合材料及其制备方法与应用。其中公开的ZnO/ZnS复合材料属于中空球状结构,该结构具有锌、氧双空位,具有光催化分解水制氢性能。现有技术CN106622291A,发明名称为一种制备氧化锌/硫化锌纳米异质结光催化剂的方法。其中公开的ZnO/ZnS纳米异质结光催化剂同样具有光催化分解水制氢性能,光催化产氢效率高,但其制备方法相对复杂,对于大规模生产存在局限性。现有技术CN114558592B,发明名称为一种ZnO/ZnS纳米棒核壳结构光催化剂及其制备方法,其中通过电沉积和旋涂法相结合,制备出棒状结构的核壳光催化剂,制备方法复杂,成本高,不利于大规模生产。并且上述现有技术均未对复杂环境条件下,如高盐度海水中的性能表现进行研究。
由此可见,上述现有的异质结ZnO@ZnS及其制备方法和应用仍存在有不便与缺陷,而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的多空位类核壳ZnO@ZnS异质结的制备方法及产品与应用,使其通过模板法简单方便的制备具有锌空位、氧空位和硫空位的类核壳S型异质结ZnO@ZnS,显著提高光生载流子的分离效率,增强光催化性能,有效降解高盐度海水中的污染物,为海水污染处理提供实际的应用价值。
实现思路