[發明專利]一種pn型CaFe2O4@a?Fe2O3異質結復合光催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710046966.2
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106824207A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 吳照金;朱妍;彭超;劉偉明;王平;曹發斌
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J35/00;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 江蘇樓沈律師事務所32254
• 代理人: 呂欣

技術領域

本發明屬于光催化劑制備技術領域，具體涉及一種pn型CaFe₂O₄@a-Fe₂O₃異質結復合光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

光催化具有節能、環保、高效的作用，有望成為人類解決化石類能源危機和水污染的最佳途徑。光催化劑是光催化反應效率的決定性因素，為提高光催化效率，構筑異質結復合光催化材料以降低光生電子-空穴的復合率，目前已成為該領域的研發熱點。當前研發較多的異質結類復合光催化劑以nn型異質結為主，因p型氧化物半導體較少，pn型異質結復合光催化劑制備技術的報道還不多。相較于nn型異質結，pn型異質結具有更強的光生電子-空穴分離能力，因此開發新型pn型異質結光催化劑的制備技術具有重要意義。

在眾多窄帶隙氧化物半導體中，Fe基氧化物因物理化學性質穩定、資源易得而廣受關注。其中，CaFe₂O₄和a-Fe₂O₃分屬p型和n型半導體，光學帶隙分別為1.9和2.1 eV（太陽光譜利用率40%以上），可構成錯排能帶的異質結（CaFe₂O₄的導帶和價帶位置相較于a-Fe₂O₃均向負電位方向移動約0.5eV），有效提升光生電子/空穴分離效率、延長載流子的壽命，因此CaFe₂O₄@a-Fe₂O₃異質結復合體是極具應用前景的可見光催化材料。迄今為止，公開文獻中鮮見有關pn型CaFe₂O₄@a-Fe₂O₃異質結復合光催化劑的制備方法及其光催化應用的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定性好、可見光響應范圍寬、光催化活性高的pn型CaFe₂O₄@a-Fe₂O₃異質結復合光催化劑及其制備方法和應用。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種pn型CaFe₂O₄@a-Fe₂O₃異質結復合光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）將摩爾比40~4:1的FeCl₃和CaCl₂溶入去離子水中，加入固體Na₂C₂O₄，攪拌均勻，得到澄清的混合溶液；

（2）用堿性溶液調節步驟（1）所配制的混合溶液pH值至4~6，攪拌均勻，移入高壓反應釜中進行水熱反應，然后自然冷卻至室溫，得到含初級沉淀物的固液體系；

（3）用堿性溶液調節步驟（2）得到的固液體系pH值至8~10，攪拌均勻，靜置，依次用去離子水和無水乙醇洗滌、過濾，將沉淀物干燥、研磨，得到前驅物；

（4）將步驟（3）制備的前驅物在空氣氣氛中熱處理，研磨，制得pn型CaFe₂O₄@a-Fe₂O₃異質結復合光催化劑。

進一步地，所述步驟（1）中Na₂C₂O₄ 與FeCl₃和CaCl₂的摩爾數的和之比為1.02~2.0：1。

進一步地，所述步驟（1）~（3）中攪拌轉速都為300~500 rpm，攪拌時間都為20~60 min。

進一步地，所述步驟（2）中的高壓反應釜為聚四氟乙烯內襯不銹鋼高壓反應釜，水熱反應溫度為150~200℃，反應時間為5~10 h。

進一步地，所述步驟（2）~（3）中堿性溶液為NaOH溶液、KOH溶液或氨水。

進一步地，所述步驟（3）中靜置時間為5~10 h。

進一步地，所述步驟（3）中干燥溫度為70~90℃，干燥時間10~20 h。

進一步地，所述步驟（4）中熱處理溫度為800~1000℃，時間為20~40 min。