一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：40679947 阅读：11 留言：0更新日期：2024-03-18 19:19

一种g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/FeOOH/Cu<subgt;2</subgt;O纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化剂技术领域，同时解决g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;比表面积提升以及Cu<subgt;2</subgt;O载流子复合效率快的技术问题，解决方案为：Cu<subgt;2</subgt;O微球沉积在层片状g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;的表面构成异质结的主体，FeOOH弥散分布于Cu<subgt;2</subgt;O和g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;之间形成三元系纳米异质结结构；在此基础上还公开了g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/FeOOH/Cu<subgt;2</subgt;O纳米异质结光催化剂及其制备方法，制得的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/FeOOH/Cu<subgt;2</subgt;O纳米异质结光催化剂在可见光下具有优异的光催化降解活性。本发明专利技术具有操作简单、降解效率高，且反应条件温和，不会产生二次污染，具有广阔的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化剂，具体涉及的是一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、由于各类工厂的违规排放，导致印染污水流入河流中难以自然降解，环境污染问题越来越严重。水是人类赖以生存的最根本资源，没有洁净的水资源，自然环境和谐与人类身体健康就难以保证。水体中的污染物随着工厂数量的增加和人类活动范围的扩大，正在快速进入人类日常生活环境当中。在日益健全的美好社会环境下，人们不再满足于单一的物质世界，对于居住环境的要求也越来越高。污水不仅严重影响了城市的美观，甚至在一些不知情的条件下会被摄入人体，这对身体造成严重的损害，所以污水的排放与治理也一直是国内外的关注热点。

2、光催化技术是一种绿色高效的高级氧化工艺，在反应过程中产生羟基自由基和超氧自由基，其可以在常温下将有机污染物降解为h2o、co2等小分子无污染物质。

3、石墨相氮化碳（g-c3n4）是一种无金属光催化剂，可通过尿素、三聚氰胺等含氮化合物作为前驱体通过热缩聚法制得，其带隙约为2.7ev。g-c3n4具有优异的氧化还原能力，以及价格低廉、易制备、化学性质稳定等优势。自从wang等在nature materials上首次提出g-c3n4可以在可见光下光催化分解水制氢之后，g-c3n4迅速成为光催化领域的热点（xinchenwang,kazuhiko maeda,arne thomas,et al. a metal-free polymeric photocatalystfor hydrogen prod

4、为了克服g-c3n4低电荷迁移率以及光吸收率低的不足，现有技术中引入其他物质来改善g-c3n4的光催化降解效率，例如d. venkatesh等人通过水热法成功合成g-c3n4/zrο2复合材料，g-c3n4/zrο2复合材料提高了载流子的迁移速率并增大了比表面积，因此复合材料具有更高的光催化活性（d. venkatesh,g. deepthi,k. girija mangatayaru, et al.hydrοthermal synthesis οf g-c3n4/zrο2 nanοcοmpοsites fοr the phοtοcatalyticdegradatiοn οf dyes and selective sensing οf heavy metal iοns[j]. materialstoday: proceedings, 2023.）。shanshan zhao等人通过掺杂tio2，有效增强了g-c3n4的电荷转移效率（shanshan zhao,shuo chen,hongtao yu, et al. g-c3n4/tio2 hybridphotocatalyst with wide absorption wavelength range and effectivephotogenerated charge separation[j]. separation and purification technology,2012, 99: 50-54.）。hiroki shimamura等人通过构建异质结，提高了电荷转移率和增大比表面积，进而提高了光催化效率（hiroki shimamura, trang nakamoto, kozo taguchi,methylene blue decomposition in visible light by catio3/g-c3n4 nanorodsproduced by the methanol mixing method[j],energy reports, 2023,284-287）。

5、feooh具有高比表面积、资源丰富、价格低廉的优势，带隙约为2.7ev。feooh对金属离子和有机物具有较强的吸附能力，但是由于feooh对可见光吸收差使其在光催化领域应用不多。

6、cu2o是一种p型半导体材料，带隙约为2.2ev，其易制备、在自然界中丰富存在，且因其带隙窄而被广泛应用于光催化领域。

7、掺杂是提高g-c3n4光催化活性的有效方法，比如采用s、c、n、p、se等非金属元素取代g-c3n4结构单元上的c、n、h。有现有技术报道梯度硫掺杂的方法，制备了基于聚合物g-c3n4的可见光敏感型光阳极，形成逐渐变化的带隙。一方面，薄膜的可见光吸收阈值扩展到2.55ev；另一方面，通过逐渐变化的电子性质促进了电荷的分离和转移。

8、还有现有技术是将g-c3n4与其他材料，特别是半导体材料一起复合构成异质结提高其光催化活性的。半导体异质结是指将两种不同的半导体材料进行复合，利用两种材料不同的能带结构，在异质结界面处形成内建电场，内建电场为光生载流子在不同半导体间发生定向迁移提供驱动力，有效避免光生载流子在催化剂内部和表面的复合，实现其在复合体系内部的有效分离。已经有半导体材料，比如zro2,wo3,tio2,cds等和g-c3n4成功构建了异质结复合体系。

9、为解决g-c3n4和cu2o的缺陷与不足，研究者们分别提出了增加材料比表面积、非金属元素掺杂和构建异质结等改性方法，以增加表面活性位点，拓展光吸收范围，促进光生载流子的高效分离，最终提升g-c3n4的光催化性能。然而，对于改性g-c3n4的制备，单独采用某一种改性方法，对g-c3n4光催化性能的提升都相对有限；而同时采用多种改性方法，则又会导致光催化剂的制备工艺复杂，成本高昂，不利于大规模产业化的生产与应用。因此，目前十分缺乏在简单的、容易放大和工业化的制备过程中，同步实现增加比表面积、非金属掺杂和构建异质结等多种改性策略的g-c3n4光催化材料的制备方法。

技术实现思路

1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的不足，同时解决g-c3n4比表面积提升以及cu2o载流子复合效率快的技术问题，本专利技术提供一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂及其制备方法和应用，本专利技术制备方法原料易得，工艺简单，所制得的异质结光催化剂活性高且性能稳定，能够满足工业化要求。

2、本专利技术具体通过以下技术方案予以实现：

3、一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂，其中：在所述g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂中，g-c3n4、feooh以及cu2o的质量比为1:0.15:（0.002~0.01）；其中，cu2o以纳米颗粒团聚形成微球状，g-c3n4呈现类石墨烯层片状，cu2o微球沉积在层片状g-c3n4的表面构成异质结的主体，feooh弥散分布于cu2o和g-c3n4之间形成三元系纳米异质结结构。g-c3n4、fe本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：在所述g-C3N4/ FeOOH/Cu2O纳米异质结光催化剂中，g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.002~0.01）；其中，Cu2O以纳米颗粒团聚形成微球状，g-C3N4呈现类石墨烯层片状，Cu2O微球沉积在层片状g-C3N4的表面构成异质结的主体，FeOOH弥散分布于Cu2O和g-C3N4之间形成三元系纳米异质结结构。

2.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.002~0.004）。

4.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.004~0.006）。

5.根据权利要求1所述的一种

6.根据权利要求1所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-C3N4、FeOOH以及Cu2O的质量比为1:0.15:（0.008~0.01）。

7.一种如权利要求1~6任一项所述的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：以五水硫酸铜为铜源，通过还原法制备Cu2O；以硫酸亚铁为铁源，通过水热法制备FeOOH；以尿素为前驱体，通过热聚合法制备g-C3N4。

9.根据权利要求7所述的一种g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，溶剂为无水乙醇。

10.一种如权利要求1~6任一项所述的g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂的应用，其特征在于：g-C3N4/ FeOOH /Cu2O纳米异质结光催化剂用于光催化降解甲基橙，并且降解活性物种为·OH、光生空穴及·O2-。

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【技术特征摘要】

1.一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂，其特征在于：在所述g-c3n4/ feooh/cu2o纳米异质结光催化剂中，g-c3n4、feooh以及cu2o的质量比为1:0.15:（0.002~0.01）；其中，cu2o以纳米颗粒团聚形成微球状，g-c3n4呈现类石墨烯层片状，cu2o微球沉积在层片状g-c3n4的表面构成异质结的主体，feooh弥散分布于cu2o和g-c3n4之间形成三元系纳米异质结结构。

2.根据权利要求1所述的一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-c3n4、feooh以及cu2o的质量比为1:0.15:（0.002~0.004）。

4.根据权利要求1所述的一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-c3n4、feooh以及cu2o的质量比为1:0.15:（0.004~0.006）。

5.根据权利要求1所述的一种g-c3n4/ feooh /cu2o纳米异质结光催化剂，其特征在于：所述g-c3n4、f...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹欣伟，王雨，谷付康，王伟强，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：

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