[發明專利]一種通過鐵電材料內電場提高二維金屬氫氧化物光催化活性的制備方法

在審

• 申請號: 202011178250.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112371103A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 田銳;鄭敏柔;呂超
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/14
• 分類號: B01J23/14;B01J23/26;B01J35/00;B01J35/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種通過鐵電材料內電場提高二維金屬氫氧化物光催化活性的制備方法，屬于光催化材料制備技術領域，分別合成鐵電材料、二維層狀LDHs，在室溫條件下將二者進行混合，構筑鐵電?LDHs復合材料。LDHs納米片沉積在鐵電材料表面，具有較強的可見光吸收性能；鐵電材料自發極化產生內電場，該電場作用于相鄰LDHs納米片，影響LDHs光生載流子的遷移及復合行為，從而使產生的電子/空穴有效地參與到光催化氧化還原反應中，獲得具有高效光催化行為的復合材料。

技術領域

本發明屬于光催化材料制備技術領域，具體涉及一種基于鐵電分子內生電場提高二維金屬氫氧化物光催化活性的制備方法。

背景技術

二維層狀材料因其具有可控結構、大比表面積以及豐富的活性位點而作為光催化劑在水分解、二氧化碳還原以及污染物降解等方面獲得廣泛應用。層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)是一種周期性二維有序材料，其具有可調控組成結構、層板高分散金屬離子等優異的性能。因此，LDHs近年來作為光催化材料而受到廣泛關注。為了提高LDHs類材料的光催化效率，需要其具有有效的可見光利用以及高的光生載流子分離效率。由于LDHs層板組成的可調變性，通過在LDHs層板引入過渡金屬可以有效提高LDHs類材料對可見光的利用率。為了提高其光生載流子分離，前人通過構筑LDHs基復合材料進行嘗試。然而，其效果仍然欠佳。因此，需要開發一種新型材料構筑方法獲得高效的光催化材料。

鐵電材料由于晶格中的正負電荷中心不重合而在一定溫度范圍內會產生自發極化，產生電偶極矩。其自發極化的性質導致鐵電材料產生內生電場，且該電場可以在外界刺激下發生改變。由于其特殊的性質，鐵電材料在光信息存儲器件、換能器、光學倍頻器件等方面具有廣泛的應用。鐵電材料的這些優勢啟發我們將其應用于二維光催化材料中，通過其內生電場提高光生載流子分離效率，從而電子/空穴更好地參與到氧化還原反應中。

本發明的方法通過構筑LDHs-鐵電復合材料，將LDHs負載在鐵電材料表面，使得鐵電材料的內電場作用于LDHs以提高其光生載流子的分離效率，從而得到具有高效光催化活性的復合光催化劑。本方法構筑的復合材料結構清晰、組成可調，將其應用于水分解產氧反應中，表現出高產氧量及產氧速率，具有廣泛的應用前景。

發明內容

基于光生載流子復合行為在材料光催化性能中的重要作用，為了克服現有技術問題，本發明提供了一種基于鐵電材料內電場提高二維金屬氫氧化物光催化活性的制備方法。

本發明的技術方案為：分別合成鐵電材料、二維層狀LDHs，在室溫條件下將二者進行混合，構筑鐵電-LDHs復合材料。LDHs納米片沉積在鐵電材料表面，具有較強的可見光吸收性能；鐵電材料自發極化產生內電場，該電場作用于相鄰LDHs納米片，影響LDHs光生載流子的遷移及復合行為，從而使產生的電子/空穴有效地參與到光催化氧化還原反應中，獲得具有高效光催化行為的復合材料。

本方法成功構筑了鐵電-LDHs復合光催化材料，其光催化性能遠超越原始鐵電材料或LDHs。構筑方法簡單、快速、可行性強，為高性能復合光催化材料的構筑提供了重要方法。

一種通過鐵電材料內電場提高二維金屬氫氧化物光催化活性的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采用水熱法、共沉淀法等合成分散均勻的LDHs，其層板帶有過渡金屬元素；

(2)制備具有自發極化性能的金屬氧化物鐵電材料；

(3)分別稱取上述合成的LDHs及鐵電材料并分散在水溶液中，按照LDHs與鐵電材料的質量比為如(0.5-4):1將二者混合，超聲處理30-180min；用高速離心機離心，在50-80℃條件下干燥得到具有高效光催化能力的復合材料。

上述所述的LDHs為層板間含有過渡金屬元素的LDHs，優選ZnCr-LDHs，ZnTi-LDHs，CoAl-LDHs等。可以選擇不同形貌的LDHs。