[發明專利]一種C/ZnO/BiOI三元復合光催化材料

在審

• 申請號: 202110131209.1
• 申請日: 2021-01-30
• 公開（公告）號: CN112844425A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 譚沖;李俊生;劉蕊;夏至;左金龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱商業大學
• 主分類號: B01J27/138
• 分類號: B01J27/138;C02F1/30;C02F1/32;C02F101/30;C02F101/38
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本發明公開了一種C/ZnO/BiOI三元復合光催化材料。該材料制備采用如下步驟：1)稱取一定量的乙酸鋅于30mL蒸餾水中，加入一定量的葡萄糖，攪拌10min，加入一定量的聚乙二醇，用特定濃度的NaOH調節pH，攪拌30min后進行水熱反應。冷卻后，用去離子水和乙醇洗滌，經離心、烘干后，在一定溫度的馬弗爐里煅燒一定時間，得到ZnO/C光催化材料。2)取一定量Bi(NO₃)₃·5H₂O和KI于20ml乙醇中，劇烈攪拌下緩慢加入20ml蒸餾水，持續攪拌一定時間后減壓過濾，使用蒸餾水洗滌沉淀并在特定溫度下烘干，得到BiOI光催化材料。3)取一定量的C/ZnO、BiOI分別溶于20ml去離子水中，劇烈攪拌一定時間，將C/ZnO溶液滴加到BiOI中，超聲一定時間，離心后在一定溫度烘干，得到C/ZnO/BiOI光催化材料。本發明采用的合成方法流程簡單，操作簡便，無二次污染。合成的光催化材料具有形貌均一、性能優異等特點。本發明工作屬于光催化材料領域。

技術領域

本發明涉及一種C/ZnO/BiOI三元復合光催化材料。

背景技術

ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ簇半導體氧化物，室溫下禁帶寬度為3.37eV，屬于直接帶隙半導體材料，具有良好的電氣、機械和光學性能。ZnO廣泛應用于光催化氧化技術，因其低成本、生物相容性和化學穩定性而備受關注。然而ZnO禁帶較寬，僅能由紫外光激發光催化氧化反應，對太陽光的利用率僅有4％，且ZnO作為光催化材料，還存在著電子-空穴對復合速率快的問題，不能吸收太陽光譜的可見光部分，在半導體液體界面發生的降解較慢等缺點限制了其應用，為了解決ZnO的這些缺陷，人們進行了一系列的嘗試。

研究發現，在ZnO中復合C，可以擴展ZnO光催化劑的吸收光譜范圍。然而C/ZnO催化劑由于制備過程中C源可能會與ZnO發生作用，又或者過量的C源覆蓋在氧化鋅表面，阻止ZnO與降解目標物發生反應，導致光催化性能不夠良好。而單一的BiOI光生電子空穴極易復合，影響光催化效率。鑒于以上催化劑有著各自的優點和不足，我們將C/ZnO和BiOI進行復合，形成復合型催化劑C/ZnO/BiOI，復合后異質結的形成大幅度提高了催化劑對光的利用率，并能夠在組分之間產生電子轉移，延緩電子-空穴對的復合，提高光催化降解有機物的速度和效率。在環境形勢十分嚴峻的今天，研發高效的復合型光催化劑是迫在眉睫的，既有理論意義，又有實際價值。

2017年周偉等人在專利《一種柿餅狀核殼結構C/ZnO鋰離子電池負極材料及其制備方法》中以無水乙醇、乙酸鋅二水、乙醇胺、葡萄糖等為原料，通過控制其水熱反應的時間和溫度，從而能制得柿餅狀核殼結構C/ZnO材料，其制備過程需要消耗大量的時間。需要在150～180℃下進行水熱反應2～6h；在600～800℃煅燒2～6h以及400～600℃煅燒2～6h,最終獲得C/ZnO鋰離子電池負極材料。該方法存在操作復雜、流程繁瑣、制備周期長等問題。

2020年梁秋群等人在文章《基于油茶果殼的C/ZnO復合材料制備及其在鉛碳電池中的應用》中采用溶膠凝膠法制備油茶果殼C/ZnO復合材料，在材料的制備過程中，需要在鼓風干燥箱中干燥6h，并且需要在N₂氛圍下600℃保溫2h，制備的周期長，且溶膠凝膠法極易引入雜質，使制備得到的粉體不純。

2016年劉俊莉等人在專利《一種雪花狀ZnO/BiOI復合材料的制備方法》中，采用微波輔助水熱法制備了花狀ZnO納米棒，在制備過程中用到了十二烷基硫酸鈉。眾所周知，十二烷基硫酸鈉有毒性，對粘膜、呼吸道眼皮及皮膚有刺激性作用，能夠引起呼吸系統過敏性反應。這一制備方法的安全生產性有待考察。

2018年袁鑫等人在專利《一種ZnO/BiOI異質結光催化劑的制備方法及其應用》中采用沉淀-沉積法將ZnO與BiOI復合,制備得到ZnO/BiOI異質結光催化劑，這一方法不易控制沉淀的位置，且有重復性差、生成的顆粒較大、均勻性低的缺點。