[发明专利]可见光活化的似砖型纳米铁酸铜光催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种无机窄禁带宽度半导体铁酸铜纳米光催化剂的制备方法，特别涉及到具有可见光活性的似砖型纳米铁酸铜光催化剂的湿式化学制备方法及其在环境领域中的应用。

背景技术

尖晶石结构AB₂O₄型复合金属氧化物是一类品种繁多的化合物，其中的大多数都是属于窄带隙的半导体材料。尖晶石材料具有结构稳定、带隙窄以及组成多样化等特点，能够通过阳离子置换或替代，形成连续固溶体，丰富了固态化学信息，利于构筑多层结构复合氧化物。作为可见光响应型的尖晶石半导体材料，复合金属氧化物的组成、组成离子的价态不仅可大幅度变化，而且还可以通过调控此特性提高材料的可见光吸收效率和量子转换效率。

近年来，由于尖晶石结构纳米铁氧体具有良好的电磁性能、电化学稳定性和机械硬度而广泛应用于高温材料、光电功能材料、磁材料、传感以及催化等诸多领域。在分子式为AB₂O₄ (A = Zn、Cu、Co或Ni等；B = Fe)的尖晶石铁氧体中，两种阳离子都有可能占据四面体X位和八面体Y位。反尖晶石型的CuFe₂O₄中，一个Fe³⁺占据X位，另一个Fe³⁺和Cu²⁺占据Y位。由于CuFe₂O₄特有的高磁晶各向异性常数和稳定的化学性质特有的较低的涡流损耗而备受关注。因此制备出性能优良的CuFe₂O₄纳米颗粒成为研究的热点。CuFe₂O₄纳米颗粒的制备方法主要包括：溶胶－凝胶法、微乳液法、水热法、前驱物技术、燃烧法和机械球磨法等。在这些方法中，燃烧法操作虽然简单，反应过程却难以控制；Sol-gel法需经过高温煅烧，而煅烧又容易导致颗粒的团聚，影响颗粒的分散性；机械球磨法在运行过程中容易掺杂进杂质，而且周期长，颗粒粒径分布范围很宽，不够均匀；微乳液法制备的纳米颗粒虽然单分散性好，粒径可控，但其颗粒表面有活性剂包裹，很难去除掉，从而影响了磁性材料的应用。与上述方法相比，湿式化学共沉淀法具有操作便捷、产品的纯度高、成分可调控、制备的颗粒粒径小、分散性好和易于大规模生产等优点而被广泛使用。近年来A.A. Farghali等人（A.A. Farghali, M.H. Khedr and A.A.A. Khalek, J. Mater. Processing Techn. 2007, 181, 81）利用球磨法制备了纳米铁酸铜，粒径约为220 nm，但是颗粒分布及其不均匀，而且时间较长；M．Wang等人（M .Wang, Z. Ai and L. Zhang, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 13163）利用化学共沉淀法报道过纳米铁酸锌超结构在室温下产生了较好的磁性，却没能进一步探讨超结构的铁酸锌的光电催化活性。

目前，以常见的无毒无害的原材料作为铁酸铜前体，无需各种表面活性剂或模板的辅助，通过简单易操作且环保的方法制备出形貌规则、尺寸均一、轮廓鲜明、分散较好的似砖型铁酸铜纳米材料鲜有报道。而且具有可见光活性的似砖型纳米铁酸铜光催化剂的光催化特性还没有相关的报道和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型光催化剂的制备方法及其应用，该光催化剂可以既提高似砖型纳米铁酸铜光催化剂对可见光的吸收能力，又减少电子-空穴对的复合几率，有效提高了对有机污染物的降解能力，克服现有技术难以同时既提高光催化剂可见光吸收能力，又减少光生电子-空穴对的复合几率等缺点。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：

一种可见光活化的似砖型纳米铁酸铜光催化剂的制备方法，步骤如下：

（1）似砖型纳米铁酸铜光催化剂前驱体溶液的制备：分别取0.1 M的硫酸铜溶液、0.2 M的硫酸亚铁溶液、0.1M的草酸钠溶液各100 mL，将上述溶液混合后在75-85℃下进行磁力搅拌0.5-1 h，使混和物充分混合，生成浅黄色草酸铁铜盐前驱体溶液，持续搅拌，直至不再产生沉淀。

（2）洗涤并干燥：待到自然冷却, 将上述步骤（1）中的沉淀经离心、去离子水洗、无水乙醇洗后放入75-85℃的真空干燥箱中干燥22-26 h，最终得到了稳定均匀的浅黄色草酸铁铜盐前驱体粉末。