[發明專利]一種磁性近紅外光復合光催化劑制備及其保護方法

有效

• 申請號: 201710176449.7
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN108620098B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: B01J27/12
• 分類號: B01J27/12;B01J33/00;C02F1/30;C02F101/38
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本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種磁性近紅外復合催化劑(β?NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺/TiO₂/Fe₃O₄@SiO₂)及其制備方法。分別采用水熱法和溶劑熱法制備上轉換發光材料β?NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺和磁性物質Fe₃O₄，然后利用改性的St?ber法將β?NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺、Degussa P25和Fe₃O₄包裹二氧化硅層制備磁性近紅外復合催化劑。該復合催化劑利用上轉換材料吸收近紅外光轉換發出紫外光，通過激發TiO₂光催化活性實現對近紅外光的利用，提高了光催化反應中太陽光的紅外光譜區域利用效率。此外，賦予光催化劑磁性，可以實現磁性分離和循環使用、降低處理成本、提高經濟效益。本發明可應用于光催化環境治理領域。

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種磁性近紅外光復合光催化劑制備及其保護方法，該復合材料在環境和能源等領域具有廣闊的應用前景。

背景技術

從1972年Fujishima等人發現半導體材料的光催化效應以來，半導體光催化劑技術得到充分的發展。隨著環境污染和能源危機困擾人類社會難題的出現，光催化材料在污染治理、太陽能轉換、自清潔等方面的應用探究成為世界各國學者廣泛開展的研究工作。TiO₂是光催化技術中廣泛應用的光催化材料，其主要特點是低成本、無毒性、高物理穩定性、能夠再生循環利用、不產生二次污染、可直接利用太陽光能、光生電子和空穴的電勢電位高、礦化度高。但是，TiO₂的禁帶寬Eg大，只能吸收波長小于387nm的紫外光。這就使得太陽光的能量利用率只有4%左右，而太陽光能量中約48%的可見光和約44%的近紅外光都沒有得到有效利用，此外，TiO₂難以回收循環再利用等缺點也極大限制了TiO₂光催化劑在實際環境污染治理和太陽光能利用中的應用。

為了提高TiO₂的光響應范圍，國內外學者對TiO₂進行了大量的改性研究，如金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、貴金屬沉積修飾、碳材料修飾和半導體復合等等。這些方法可以使TiO₂ 的量子產率提高，減小其禁帶寬度，擴大光響應范圍，提高對太陽光能的利用率。但是禁帶寬度的減小會降低光生電子和空穴的氧化還原電位，降低光催化活性。

上轉換發光材料作為一種能夠把低能光子轉換為高能光子的材料，我們將其與TiO₂（Degussa P25）通過一定的結合方式復合，利用上轉換發光材料的特性，吸收近紅外的光，然后轉換發出短波長的紫外線光，使得半導體間接利用近紅外光，提高對太陽光能的綜合利用率。通過Fe₃O₄負載在上轉換材料輔助復合TiO₂（Degussa P25）上，可實現近紅外復合催化劑回收循環再利用，從而降低成本，提高經濟效益。

發明內容

本發明的目的是：提供一種磁性近紅外光復合光催化劑制備及其保護方法，制得的復合光催化劑太陽光能利用率高、光催化性能好，可磁性分離循環使用，并將其應用于環境治理領域。

本發明采取的技術方案為：