[發明專利]鋯摻雜的鐵酸鈷量子點、其制備方法及其光轉化塑料為乙酸的應用

有效

• 申請號: 202010407285.6
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN113667474B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 孫永福;鄭愷;焦星辰;謝毅
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C09K11/67
• 分類號: C09K11/67;B82Y20/00;B82Y30/00;B01J23/75;B01J35/00;C07C51/285;C07C53/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 關旭穎

本發明公開了一種鋯摻雜的鐵酸鈷量子點、其制備方法及其光轉化塑料為乙酸的應用。具體地，本發明首次公開了一種在常溫、常壓下在過氧化氫水溶液體系中利用鋯摻雜的鐵酸鈷量子點高效光催化轉化純塑料(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等)和商用塑料(一次性塑料袋、食品打包盒、保鮮膜等)為乙酸的方法。制備的鋯摻雜的鐵酸鈷量子點具有優異的催化能力，所建立的常溫、常壓、過氧化氫水溶液體系中高效光催化純塑料和商用塑料轉化為乙酸的方法使用簡單、環境友好，能夠方便于規模化應用。

技術領域

本發明涉及催化劑制備領域，具體地涉及鋯摻雜的鐵酸鈷量子點、其制備方法及其光轉化塑料為乙酸的應用。

背景技術

塑料制品(一次性塑料袋、食品打包盒、保鮮膜等)由于加工簡易、使用方便、生產成本低等優點在日常生活中被廣泛使用。由于塑料的抗降解能力及其在工業上的擴散，塑料污染問題已經演變成對全球生態的威脅。塑料的污染來自陸地和海洋，通過兩種方式來維持污染物塑料的持續流動。除此之外，傳統的處理方式往往通過焚燒或掩埋等進行處理，對環境和生態造成嚴重的破壞。然而，由于塑料中含有大量的碳元素，因此它也能作為碳基材料的來源，從而實現“廢物利用”。其中利用太陽光將塑料轉化為一種潔凈的碳基燃料被認為是一種可行的方案。太陽光屬于潔凈且天然的能源，能夠滿足全世界對能源的需求；同時，過氧化氫作為一種傳統的具有強氧化能力的輔助劑，在甲烷氧化、污染物處理、塑料氧化等領域中具有優異的性能，光催化過程中通過適當的催化劑能夠將其分解為羥基自由基，而羥基自由基的優異氧化能力能夠將塑料和塑料制品氧化為乙酸。因此，通過光催化的手段在常溫、常壓、過氧化氫水溶液體系中能夠直接捕獲太陽光能并且無需其他能源直接將塑料制品轉化為碳基燃料，從而該方法便于大規模的應用。因此，我們尋求可實現該方式的催化劑。

近期，尖晶石類催化劑備受關注，其中鐵酸鈷作為一種穩定和高效的催化劑被廣泛用于各類催化反應(水氧化、二氧化碳還原、光催化制氫)。除此之外，鐵酸鈷在光催化氧化污染物等中具有良好的性能。然而，鐵酸鈷導帶位置為0.81eV，無法滿足過氧化氫氧化為羥基自由基的氧化電位。因此，需要對鐵酸鈷導帶位置進行調節。摻雜作為一種半導體光催化劑能帶結構調節的方式被廣泛地應用。因此，發展一種鋯摻雜的鐵酸鈷量子點并且將其應用于光催化轉化塑料為乙酸是十分需要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋯摻雜的鐵酸鈷量子點及其制備方法；并且在此基礎上首次提供了在常溫、常壓、過氧化氫水溶液體系中利用制備的鋯摻雜的鐵酸鈷量子點實現光催化轉化純塑料和商用塑料為乙酸的方法。

具體地，本發明提供了一種制備鋯摻雜的鐵酸鈷量子點的方法，所述方法包括：

(1)將六水合氯化鈷、無水氯化鐵和氯化鋯溶解于乙醇中攪拌得到溶液，然后加入叔丁胺繼續攪拌；

(2)將步驟(1)的所得溶液加入高壓反應釜中保溫，反應結束后自然冷卻至室溫，離心洗滌產物一至三次；

(3)洗滌后將產物干燥，得到所述鋯摻雜的鐵酸鈷量子點。

在一些實施方案中，六水合氯化鈷、無水氯化鐵與氯化鋯的摩爾比為6:1:1～6:3:1。

在一些實施方案中，六水合氯化鈷(摩爾量)和乙醇(體積)的比率為1:70-1:90mmol/mL。

在一些實施方案中，叔丁胺與乙醇的體積比為1:18-1:23。

在一些實施方案中，步驟(2)中的保溫溫度為120-180℃。

在一些實施方案中，步驟(2)中的保溫時間為10-24h。

在一些實施方案中，在步驟(3)中，將產物置于干燥箱中干燥，干燥溫度沒有特別限制，例如50℃。

本發明還提供了根據以上方法制備的鋯摻雜的鐵酸鈷量子點。