[發明專利]一種固定化Z型Fe2

有效

• 申請號: 202210543952.2
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114870842B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 房大維;劉雪可;王君;金泰宇;劉穎;田瑩
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J37/03;B01J37/12;C01B3/04;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明公開一種固定化Z型Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/CuFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;|Cu光催化劑復合膜及其制備方法和應用。首先采用化學氧化法在銅箔上生成Cu(OH)subgt;2/subgt;薄層；其次通過旋涂機將由硝酸鐵和檸檬酸制得的氫氧化鐵溶膠旋涂在Cu(OH)subgt;2/subgt;薄層上；最后，通過高溫煅燒得到Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/CuFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;|Cu復合物。本發明銅箔不僅可以作為光催化劑的載體，同時也是反應物參與生成CuFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;，在后續的光催化反應中促進電子轉移，進一步提高光催化產氫效率。本發明中Z型光催化劑在太陽光光照條件下，可高效生產清潔燃料?氫氣，同時快速降解有機染料。本發明的制備方法簡單，成本低，具有高效光催化降解和產氫能力的同時也實現了氫氣的單獨收集。

技術領域

本發明屬于無機光催化材料領域，具體涉及新型固定化Z型Fe₂O₃/CuFe₂O₄|Cu光催化劑復合膜的制備及其在太陽光下降解有機染料和光解水制氫中的應用。

背景技術

工業、農業快速發展的同時，環境污染問題和能源短缺問題也越來越引起人們的重視。水中過量有機染料的存在給生態平衡、人類健康都帶來了巨大的危害。所以去除水中的有機污染物成為了一項非常迫切的工作。目前，去除水中有機污染物常采用離子交換法、反滲透法、電滲析法等方法，但這些方法都具有較大的局限性如成本高、效率低、可能造成二次污染等。

同時，對于各行各業的人們來說，可供選擇的常用能源種類主要有煤炭、石油、天然氣等等，但這些能源大多是不可再生的亦或者它們的使用會給環境造成嚴重的污染。因此一些新興的清潔能源如氫氣引起了人們的關注。工業上大量制氫技術主要包括水煤氣法、電解水或飽和食鹽水。而這些制氫方法或是對制氫工藝要求較高，或是消耗不清潔能源，這些并不能真正的稱為清潔能源技術。

相比之下，光催化技術作為一種新型的低能耗、安全、高效、環境友好型的催化技術，被廣泛應于降解、產氫及轉化等方面。對于污水處理來說，光催化劑技術不僅具有成本低、效率高等優點，更為重要的是可以將有機染料完全降解為二氧化碳、水和一些無機離子。在于制氫方面，光催化制氫技術不需要一些苛刻的工藝條件，更不需要在消耗不清潔能源的前提下完成。在太陽光照射下，向水中添加犧牲劑就可以實現高效產氫。這為實現降解污水中的有機染料和有機犧牲劑存在下光解水制氫同時進行提供了可能。在這一過程中，將有機染料作為犧牲劑就可以實現光催化劑的降解有機污染物和產氫的同時進行。然而，目前大多數團隊制備的光催化劑均是粉末狀態的，誠然可以充分地擴大污水與光催化劑材料的接觸面積，但是粉末狀態光催化劑得到的氫氣和二氧化碳是混合在一起的。這樣的光催化制氫工藝不利于實現氫氣的高純度生產，使得制氫工藝鏈進一步延長，增加了制氫的成本。另外，由于光催化劑均是粉末狀態的，在成功處理污水之后仍要增加后續的工藝操作對光催化劑粉末進行回收，以免對處理后的水造成二次污染。這些原因，都造成了粉末態的光催化劑難以實現大規模的應用。

發明內容

本發明的目的是設計一種固定化Z型Fe₂O₃/CuFe₂O₄|Cu光催化劑復合膜，顯著提高了半導體光催化劑的光催化活性。一方面，銅箔不僅可以作為催化劑的載體，同時也是反應物參與生成CuFe₂O₄。另一方面，依據固定化復合膜獨特的結構形態和光催化性能，在光催化反應中產生的電子可以更容易的轉移至金屬銅箔面，在銅箔兩側實現氫氣燃料和降解產物二氧化碳的分別收集，得到更為純凈的氫氣，簡化了光催化制氫工藝。此外，片狀結構相比于粉末來說使得回收利用更為方便，同時提高電子和空穴的分離效率。