[发明专利]多催化功能单相纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多催化功能单相纳米材料及其制备方法，其通过共沉淀方法，利用氨水作为沉淀剂制备得到Bi_1.647Nb_1.118(Co_0.3Fe_0.7)_1.157O₇多催化功能单相纳米材料，其制备方法操作简单，安全节约有效，实验周期短，利于大规模生产；制备所得的纳米材料具有单相焦绿石相结构特征，结构内存在铁氧八面体、钴氧八面体结构单元，上述结构特征使其在可见光及近红外区具有较大的光吸收，通过与少量双氧水协同，在可见光区对甲基橙、罗丹明B等多种有机染料能实现高效的光降解效果；此外该纳米材料具有超声催化特性，能够在无光条件下，通过与少量双氧水协同，对罗丹明B实现快速降解。

技术领域

本发明涉及一种具有催化功能的纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种既能可见光催化又能超声催化的多催化功能单相纳米材料及其制备方法，属于多功能纳米材料技术领域。

背景技术

近年来，水体污染，尤其工业污染中的印染污水给环境带来了极大的危害。我国有数百万吨印染污水未经过处理排放，并且由于印染工艺和纤维种类不同使污水组分复杂多变，给环境治理带来了极大的挑战。光催化技术是利用光和催化剂共同存在的条件下，能将难以降解且危害又大的有机物染料进行有效降解，因此是一种“绿色”环境能源技术，能够广泛应用于水污染处理、分解水、光伏能源等领域。目前光催化剂的主流材料是稳定、高效和低成本的TiO₂材料, 但由于其具有较宽的能带结构，主要吸收太阳光中的紫外区，而不能有效利用太阳光中占大部分的可见以及红外波段区域。因此发展低成本、高效、稳定的可见光纳米光催化剂材料是未来光催化实用化的要求。

光催化技术的发展虽然日趋成熟，但对于不透明的有机废水，却又面临新的挑战。由于光线穿透的局限性，难以实现光催化降解进而达到净化的目的。于是，超声催化成为非常好的备选技术。超声催化是通过超声波的作用将有机物实现降解的化学反应，通过利用低功率的超声源或者其他形式的振动能够代替光源，解决光线不能穿透的问题。因此，发展超声催化剂材料也成为研究者们关注的焦点。

基于光催化及超声催化于一体的单相材料，属于多催化功能材料。这类材料能够通过光照或超声实现有机染料的降解，可以利用其性能，选择不同情况进行相应的催化降解，是目前催化剂材料研究的新领域。因此，寻找新型既能可见光催化又能超声催化的单相纳米材料是非常必要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种既能够可见光催化又能超声催化的多催化功能单相纳米材料及其制备方法，其单相特征使材料制备工艺简单，利于大规模化应用；其纳米结构能够提升材料的大比表面积、保持催化剂的高活性。

本发明的技术方案是：

本申请提供了一种多催化功能单相纳米材料，其为如式（Ⅰ）所述的纳米材料：

Bi_1.647Nb_1.118(Co_0.3Fe_0.7)_1.157O₇ （Ⅰ）。

更进一步的，该多催化功能单相纳米材料的晶体结构属于单相焦绿石相结构特征，且结构内部存在铁氧八面体和钴氧八面体结构单元，且同时具有可见光光催化性能以及超声催化性能。其具有可见光光催化性能是由于钴/铁氧八面体的存在，会导致结构变形，且钴铁间会存在超交换作用，容易导致能级劈裂，从而与全是铁氧八面体结构焦绿石相材料相比，能够出现较窄的能带间隙，进而在可见光或者红外光区间可能出现较大的光吸收现象。

本申请还提供了一种上述多催化功能单相纳米材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：