[發(fā)明專利]一種β-FeOOH/g-C3

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910361151.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN109999887B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑智勇;楊標(biāo);邢孟孟;呂珺;秦永強(qiáng);韓騏震;汪嘉恒;張勇;吳玉程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 沈尚林

本發(fā)明公開了一種β?FeOOH/g?C₃N₄異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法，包括以下步驟：將三聚氰胺放入箱式爐中進(jìn)行多次重復(fù)熱聚合反應(yīng)得到塊狀g?C₃N₄；將塊狀g?C₃N₄分散于5?20ml的乙二醇中，超聲10～40min，最終得到超聲輔助液相剝離的GCNS懸濁液；將FeCl₃溶液加入GCNS懸濁液中，混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝筮M(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，最后離心洗滌、干燥，得到一維β?FeOOH納米棒與二維g?C₃N₄薄片的復(fù)合材料；將上述干燥好的材料放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，最終得到β?FeOOH/g?C₃N₄異質(zhì)結(jié)材料。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單成熟、成本低，且材料化學(xué)穩(wěn)定性好，污染物降解能力強(qiáng)，催化效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種β-FeOOH/g-C₃N₄異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，化石類燃料與日俱增的消耗和短缺及其燃燒后生成CO₂帶來一系列能源與環(huán)境問題。光催化技術(shù)在制備清潔能源方面顯示了巨大的潛力，因其可以利用豐富的太陽能被廣泛研究。近年來，光催化水分解制氫的研究日益得到各國(guó)的重視，其機(jī)理是半導(dǎo)體材料通過有效吸收光能產(chǎn)生具有還原能力和氧化能力的光生電子-空穴對(duì),在催化劑的表面發(fā)生直接或者間接的氧化或還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)水分解為氫氣與氧氣。在眾多光催化劑中g(shù)-C₃N₄帶隙為2.7eV，導(dǎo)帶和價(jià)帶跨立在H⁺/H₂和H₂O/O₂還原電勢(shì)的兩側(cè),可用于可見光催化產(chǎn)氫。同時(shí)g-C₃N₄具有可見光催化，比表面積大、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，作為支撐其他半導(dǎo)體材料的載體等優(yōu)勢(shì)而被學(xué)者廣泛的研究。g-C₃N₄在光催化制氫時(shí),激發(fā)至導(dǎo)帶的電子與氫離子結(jié)合,留下的空穴由催化體系中加入的三乙醇胺、維C或甲醇及時(shí)移除。由于超電勢(shì)的存在,g-C₃N₄光激發(fā)產(chǎn)生的電子不能快速地轉(zhuǎn)移給氫離子,進(jìn)而影響了光解制氫的速率。通過g-C₃N₄表面沉積一定量的半導(dǎo)體構(gòu)來建異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化材料，可以在一定程度上解決這個(gè)難題,這是由于異質(zhì)結(jié)材料有利于光生電子的迅速轉(zhuǎn)移使H⁺轉(zhuǎn)化為 H₂。其中二維g-C₃N₄具有大的比表面積，使其擁有更多的光催化活性位點(diǎn)，且由于量子限域效應(yīng)，使得其禁帶寬度增大(禁帶和價(jià)帶向相反方向移動(dòng))，載流子輸運(yùn)能力提高，光生載流子壽命增加，從而提高氧化還原能力，并有效分離電子與空穴，減少?gòu)?fù)合，最終有效的提高光催化能力。

羥基氧化鐵(FeOOH)是土壤和自然環(huán)境中的共同組分，一維羥基氧化鐵具有比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于吸附劑、離子交換劑、催化劑、傳感器和電極材料等領(lǐng)域。而β相FeOOH是一種性能極佳的半導(dǎo)體材料，該材料能在太陽光能的激發(fā)下，能引發(fā)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。近些年來，以β相FeOOH作為光催化劑氧化降解廢水中的有害有機(jī)物，取得較好的效果。其中β相FeOOH的禁帶寬度約為2.6eV，為可見光激發(fā)，在太陽光光源條件下具有較大的吸收范圍，β相FeOOH光催化對(duì)有機(jī)物有很好的降解效率。一維的β相FeOOH納米棒由于形狀各向異性使其有更大的比表面積，更好的光吸收能力，從而增強(qiáng)催化性能而受到廣泛關(guān)注。