[發明專利]一種三元復合光催化劑的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201811324347.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109317166B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 丁建軍;陳林;田興友
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J27/043;B01J37/16;B01J35/10;C02F1/30;B01D53/86;B01D53/44;C01B3/04
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種三元復合光催化劑的制備方法及應用，其制備方法為通過低溫熱還原法將金屬M和還原氧化石墨烯RGO負載于CaIn₂S₄立方相中，然后通過低溫熱退火得到M?RGO?CaIn₂S₄復合光催化劑。金屬M和還原氧化石墨烯RGO的協同負載，不僅可以提高復合光催化劑的比表面積、降低光催化反應的活化能，還能有效促進光生載流子的分離，因此可以顯著增強立方相CaIn₂S₄的光催化性能。本發明所提供的制備方法，工藝簡單，反應條件溫和，產率高。本發明所涉及的制備過程簡單，反應條件溫和，產率高，可宏觀制備，是一種環境友好的制備方法，所獲得的M?RGO?CaIn₂S₄復合光催化劑在可見光下表現出良好的光催化性能，是一類具有潛在應用價值的新型復合光催化材料體系。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，尤其涉及一種三元復合光催化劑的制備方法及應用。

背景技術

自從1972 年Fujishima 和Honda在n-型半導體TiO2 單晶電極上發現了水的光解現象以來，光催化反應在環境治理和能源開發方面得到了普遍的關注。它可以將低密度的太陽能轉化為高密度的化學能、電能，同時可以直接利用低密度的太陽能分解水制氫，降解和礦化水和空氣中的各種有機污染物，甚至還原重金屬離子。該技術具有在室溫下反應、可直接利用太陽能、無二次污染等優點，對于從根本上解決環境污染和能源短缺問題具有不可估量的意義。

在眾多的半導體光催化劑中，TiO₂ 以其化學穩定性好、光催化活性高、無毒、成本低等優點而備受人們的青睞，是目前使用最廣泛的光催化材料。但是TiO₂ 的能帶結構決定了光催化技術在推廣過程中存在著局限性。TiO₂ 的帶隙較寬(如銳鈦礦結構3.2 eV)，光譜響應范圍較窄，只能利用太陽能中不到5%的紫外光，而不能吸收太陽能中占43%的可見光。因此需要對TiO₂ 進行改性研究以拓寬其光吸收范圍，或者尋找新型的可見光催化劑。

硫化物可以看作是晶格中的氧原子被硫原子取代的結果。S 的3p 軌道能級比O的2p 軌道能級高，硫化物比相應的氧化物應該具有相對較窄的禁帶寬度，可以吸收更多的太陽光，因此有望表現出更強的光催化活性。在我們前期工作中，首次報道了具有立方相結構的鈣銦硫CaIn₂S₄光催化劑（International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 38,13153），不僅能充分吸收可見光(1.68~1.84 eV)，而且在可見光下表現出良好的光催化活性和穩定性。但是，對于單一組分CaIn₂S₄而言，在可見光下的光催化活性較低，原因在于光照下產生的光生載流子具有較高的復合幾率。因此，需要通過進一步的結構設計來提高立方相CaIn₂S₄的光催化性能。

發明內容

本發明目的是針對立方相CaIn₂S₄光催化性能低的問題，提供一種基于立方相CaIn₂S₄的三元復合光催化劑的制備方法及其在光催化領域中的應用。該三元復合光催化劑可以充分發揮組分之間界面結構的優點，有效實現光生載流子的分離，從而高效增強立方相CaIn₂S₄的光催化性能，包括分解水制氫、液相降解有機染料和氣相降解揮發性有機污染物。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種三元復合光催化劑，通過低溫熱還原法將金屬M和還原氧化石墨烯RGO負載于立方相CaIn₂S₄中，然后通過低溫熱退火得到M-RGO-CaIn₂S₄復合光催化劑，并應用于分解水制氫、液相降解有機染料和氣相降解揮發性有機污染物；