[發(fā)明專利]一種無定形兩相異質(zhì)結(jié)光催化劑及其原位合成方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210996975.9
• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115318273A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董帆;陳侶存;李康璐;孫艷娟
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)長三角研究院（湖州）
• 主分類號: B01J23/14
• 分類號: B01J23/14;B01J35/00;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 唐莉梅

本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種無定形兩相異質(zhì)結(jié)光催化劑及其原位合成方法，將含Zn可溶性鹽和含Sn可溶性鹽分別溶于去離子水中，并將含Sn可溶性鹽溶液滴入含Zn可溶性鹽溶液，攪拌；置于聚四氟乙烯水熱釜進(jìn)行反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌，離心，干燥，制備得到無定形兩相異質(zhì)結(jié)光催化劑。本發(fā)明合成了一種新型的原位生成無定形SnO₂/ZnSn(OH)₆寬帶隙金屬氧化物異質(zhì)結(jié)，該異質(zhì)結(jié)保留了金屬氫氧化物規(guī)則的形貌和豐富的表面羥基，同時引入無定形SnO₂相，未引進(jìn)新的物質(zhì)，擴(kuò)寬了光響應(yīng)范圍，提高了電子?空虛的轉(zhuǎn)移性能和效率，增強(qiáng)了光催化VOCs降解和礦化的活性，合成方法簡單，反應(yīng)溫和，具有制備方法的指導(dǎo)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無定形兩相異質(zhì)結(jié)光催化劑及其原位合成方法。

背景技術(shù)

目前，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，主要來自工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、和室內(nèi)硬件，對大氣和人類健康構(gòu)成重大威脅。甲苯，主要來自汽車尾氣、汽油加工排放、溶劑損失和工業(yè)活動排放物，在空氣中難以自然分解。VOCs治理技術(shù)主要包括活性炭吸附、熱催化氧化、生物處理、變壓吸附分離與凈化技術(shù)、冷凝回收等方法。熱催化氧化技術(shù)具有啟動時間快、凈化效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)勢，但熱催化氧化技術(shù)運(yùn)行成本高和額外的能量輸入。相比熱催化技術(shù)，光催化氧化技術(shù)反應(yīng)條件溫和，不需要額外的能量輸入就可將污染物氧化和礦化，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ腣OCs治理技術(shù)。

光催化劑受光照激發(fā)產(chǎn)生光生電子-空穴對，遷移到催化劑表面的光生電子與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生超氧自由基，光生空穴與水分子反應(yīng)形成羥基自由基。具有強(qiáng)氧化能力的超氧自由基和羥基自由基進(jìn)攻VOCs分子使其礦化。羥基自由基(·OH)相較超氧自由基具有更強(qiáng)的氧化能力，對VOCs降解和礦化尤為重要。羥基可來源于反應(yīng)中的水分子和催化劑表面的羥基。除調(diào)控反應(yīng)體系中的濕度，活化催化劑表面羥基可達(dá)到促進(jìn)羥基自由基的產(chǎn)生效果，實現(xiàn)提升光催化劑VOCs礦化的目的。

ZnSn(OH)₆光催化劑表面具有豐富的羥基，且價帶較正，有利于超氧自由基的產(chǎn)生。但ZnSn(OH)₆光催化劑帶隙寬，光生載流子分離效率低，導(dǎo)致了光催化活性低。在此，我們提出以痕量非晶態(tài)SnO₂表面修飾ZnSn(OH)₆光催化劑的策略提升其光催化VOCs降解性能。傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)光催化劑需要兩相分開合成，反應(yīng)復(fù)雜，有嚴(yán)苛的晶格匹配要求。該策略可在合成ZnSn(OH)₆光催化劑的同時原位在其表面生成痕量非晶態(tài)SnO₂，形成非晶態(tài)SnO₂-ZnSn(OH)₆光催化劑異質(zhì)結(jié)。該催化劑制備方法和原位形成非晶態(tài)SnO₂-ZnSn(OH)₆光催化劑能夠有效提高寬帶隙金屬氫氧化物活性和穩(wěn)定性，同時保持寬帶隙金屬氫氧化物規(guī)則的形貌和具有豐富的表面羥基新型材料，不僅可以改變寬帶隙金屬氫氧化物在實際應(yīng)用中載流子分離效率低的格局，還在方法學(xué)研究上具有理論意義，使得寬帶隙金屬氫氧化物材料具有廣泛的應(yīng)用前景。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)光催化劑需要兩相分開合成，反應(yīng)復(fù)雜，有嚴(yán)苛的晶格匹配要求；ZnSn(OH)₆光催化劑存在帶隙寬，光生載流子分離效率低，光催化活性低；傳統(tǒng)的光催化劑的羥基來源于環(huán)境濕度，同時催化性能對反應(yīng)濕度有較強(qiáng)的敏感性，較高或較低的工作濕度條件可導(dǎo)致催化劑的失活；貴金屬負(fù)載可提高光催化劑的氧化能力，但是貴金屬成本昂貴，在較高溫度下極易出現(xiàn)催化劑燒結(jié)現(xiàn)象，不利于廣泛的市場應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種無定形兩相異質(zhì)結(jié)光催化劑及其原位合成方法，尤其涉及一種用于VOCs降解的無定形原位生成寬帶隙金屬氫氧化物/氫氧化物SnO₂/ZnSn(OH)₆的異質(zhì)結(jié)光催化劑及其原位合成方法。