[發明專利]一種2D/2D光催化-光熱復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210434447.4
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114870896A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李永;李瑞;賈曉華;宋浩杰;楊進;邵丹;王思哲
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J37/12;C02F9/10;C02F101/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種2D/2D光催化?光熱復合材料及其制備方法和應用，該復合材料為兩個二維材料的復合，該制備過程通過將石墨烯分散液和PPy復合反應。該制備工藝簡單，成本低廉，選用的氧化石墨烯、吡咯、FeCl₃·6H₂O無氟、無毒、無害，不產生危害。制備工藝簡單，不產生污染物。所得材料可通過光催化去除溶解在水中的有機物，以及通過光熱蒸發去除水中的鹽和重金屬離子，實現可持續水處理。制備的材料具有優異的光催化性能，吸光范圍擴大，光生載流子遷移率高，穩定性好。

技術領域

本發明屬于納米催化材料制備技術領域，具體涉及一種2D/2D光催化-光熱復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

人類生活水平的提高、氣候變化、人口增長和工業發展對地球上的淡水資源造成了越來越大的壓力，飲用淡水一直面臨著資源短缺的問題，特別是在大多數發展中國家和一些貧困地區。因此迫切需要利用豐富的海水和工業廢水來生產清潔水，解決水資源匱乏這一難題。在過去幾十年中，反滲透、電滲析和蒸餾等重要技術已應用于從海水中生產清潔水。然而，這些技術成本高，可能會導致嚴重的二次污染。此外，先進的設備和技術也阻礙了其在經濟欠發達地區的實施。因此，開發一種新的技術實現高效的水處理成為目前能源環境研究領域中的熱點。

在過去十年中，有效利用可再生和取之不盡的太陽輻射進行能源轉換備受關注，利用太陽能以低成本解決能源和環境問題是目前研究的熱點。光催化技術能夠利用清潔能源實現廢水中污染物的去除，是解決水污染問題、獲得清潔水的一種重要途徑。光催化技術能夠誘導氧化還原反應降解污染物，因其無毒、穩定、成本低而成為一種高潛力的“綠色化學”技術，滿足了能源和環境領域快速增長的實際需求。但目前的大多催化劑為金屬基無機半導體催化劑，其價格高、可見光譜響應差、制備工藝復雜、具有二次污染，使得廣泛應用受到了嚴重限制。與此同時，光熱也是利用太陽能生產清潔水的一種新的途徑。太陽能水蒸發技術利用界面蒸發的方式可為清潔能源的高效利用、海水淡化、污水處理等提供新的解決方案，可以實現環境友好，低成本、無額外電力投入的清潔水生產，在可持續水處理方面顯示出巨大潛力，已成為解決缺水危機的重點和前沿研究領域。但目前太陽能水蒸發領域大規模應用還存在一些障礙：對惡劣水環境的抵抗力弱，成本高。且目前光催化劑和光熱蒸發器大多都是單獨的被用作水處理，極大的降低了水處理的效率。現階段有人就光催化和光熱二者的協同效應進行了一些研究，如Wang等通過一種簡單且無模板的方法合成了三維花狀CuS超微粒，合成的CuS超微粒具有很高的光催化活性，可用于染料廢水的處理。此外，還證明CuS顆粒的光熱轉換在產生高效光催化活性和高效利用太陽能方面起著重要作用(Solar Energy,2018,170:586-593.)。Guo等采用連續生長沉積法在空心八面體Cu₂-XS表面合成了Cu₂-XS/CdS/Bi₂S₃催化劑。將光熱轉化和光催化活性結合起來，以提高光催化產氫和降解性能(ACS Appl.Mater.Interfaces,2020,12,36,40328–40338)。然而，上述方法制備過程繁瑣，成本高，并且得到的材料僅僅是借助光熱轉化提升光催化性能，并沒有實現光催化降解和光熱水蒸發的協同效應，使得水處理效率降低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種2D/2D光催化-光熱復合材料及其制備方法和應用，以解決現有技術中水處理材料功能單一，容易造成二次污染等問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種2D/2D光催化-光熱復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將氧化石墨烯溶解在水中，將混合液在冰浴鍋中攪拌，獲得氧化石墨烯分散液；

步驟2，將吡咯單體滴加到氧化石墨烯分散液中，在冰浴鍋中攪拌均勻，獲得反應溶液，將反應溶液至于反應釜中反應，制得rGO/Py水凝膠；