[发明专利]一种可见光响应碲化镉/二氧化钛Z型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可见光响应碲化镉/二氧化钛Z型光催化剂，该催化剂以二氧化钛为载体，在二氧化钛上负载有碲化镉。主要采用水热法制得。本发明的碲化镉/二氧化钛Z型光催化剂中碲化镉和二氧化钛交错的导带/价带分布能够促进光生电子和空穴对的分离；Z型的光生载流子传递路径使电子和空穴具有强氧化还原能力；碲化镉的窄带隙能够增强碲化镉/二氧化钛Z型光催化剂可见光响应能力；从而碲化镉/二氧化钛Z型光催化剂具有优异的可见光光催化降解抗生素活性。本发明的制备工艺简单、条件温和、操作方便、成本低廉，易于实现工艺规模化应用，在污水处理等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种可见光响应碲化镉/二氧化钛Z型光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前全球性的环境污染问题日趋严重，并威胁着人类的生存和发展。纺织印染、石油化工、皮革加工、抗生素在临床医疗、水产养殖和畜牧业的广泛应用造成大量有毒有害的有机物排放到水体环境中，并逐渐累积造成对生态环境和人类健康的危害。半导体光催化技术通过吸收利用太阳光在常温下降解有毒有害有机污染物。由于其具有能耗低、反应条件温和、成本低廉、操作简单、无二次污染的优点，光催化降解污染物是公认的最有前景的绿色环保治理环境污染的技术。

二氧化钛是一种成本低廉、稳定性高、环境友好的半导体光催化剂，在光催化净化环境领域有良好的应用前景。但是二氧化钛大规模广泛应用的“瓶颈”是其宽带隙(仅能吸收占太阳能谱中5％的紫外光)和高电子-空穴复合率。因此，拓展二氧化钛光吸收范围为可见光响应(占太阳光总能量的43％)，同时抑制光生电子-空穴复合是本领域亟待解决的关键技术问题。为了克服上述问题，可以将其他窄带隙半导体材料与二氧化钛复合制备异质结复合光催化剂，通过构筑这样的异质结复合光催化剂可以拓展光吸收范围并一直光生电子、空穴的复合。专利申请(CN101722013A；CN102658180A；CN103736512A；CN104475129A；CN104475129A；CN105013469A；CN106040276A；)中公开了不同半导体材料复合TiO₂而成的异质结光催化剂，如PbS/TiO₂、CdS/TiO₂、BiOCl/TiO₂、g-C₃N₄/TiO₂、CuS/TiO₂、Na_0.9Mg_0.45Ti_3.55O8/TiO2、mpg-C3N4/BiVO₄/TiO₂。这些复合异质结光催化剂都要优于TiO₂。

但是异质结光催化剂仍然存在一个不利于实现高效光催化降解有机污染物的问题，即光生电子的还原能力和空穴的氧化能力变弱，这是由于在异质结光催化剂中光生电子和空穴分别向导带更低和价带更高的半导体材料中转移。近年来提出的Z型光催化剂的设计为解决这一关键技术问题提出了新的思路。除了具有异质结光催化剂提高可见光吸收和促进光生载流子分离的优点以外，Z型机制还可以保留两种半导体材料中电势更负的导带电子(还原能力更强)和电势更正的价带空穴(氧化能力更强)。

碲化镉(CdTe)是一种禁带宽度为1.4eV的窄带隙半导体，具有优异的可见光吸收能力。并且CdTe的导带比TiO₂的导带电位更负，而CdTe的价带TiO₂的价带电位更正。因此CdTe是一种理想的与TiO₂构筑复合光催化剂的窄带半导体材料。开发碲化镉/二氧化钛Z型半导体光催化剂可以提高光催化剂的可见光吸收能力，促进光生电子和空穴的分离并同时保留电子和空穴的强氧化还原能力，对于高效降解废水中的污染物在(如抗生素)具有重要意义。

发明内容