[发明专利]一种自组装高效转移电子的太阳光光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种自组装高效转移电子的太阳光光催化剂及其制备方法和应用。通过溶胶水热和煅烧方法，在Er³⁺：Y₃Al₅O₁₂@NiGa₂O₄和Bi₂Sn₂O₇之间插入MoS₂作为导电通道，形成了一个新型的Z型光催化体系。所制备的Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@NiGa₂O₄/MoS₂/Bi₂Sn₂O₇复合材料在亚硝酸盐和亚硫酸盐转化过程中表现出了高效稳定的光催化活性，在亚硝酸盐和亚硫酸盐废水处理中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化领域，尤其涉及一种自组装的能高效转移电子的太阳光光催化剂Er³⁺:Y₃Al₅O₁₂@NiGa₂O₄/MoS₂/Bi₂Sn₂O₇及其制备方法和在光催化转化亚硝酸盐和亚硫酸盐中的应用。

背景技术

近来，全球范围内的水污染问题已经严重危害到人类生活，其中亚硝酸盐和亚硫酸盐污染尤为严重。亚硝酸盐是强氧化剂，进入血液后与血红蛋白结合，使氧合血红蛋白变为高铁血红蛋白，从而失去携氧能力，导致组织缺氧，出现青紫而中毒，并对周围血管有扩张作用。亚硫酸盐是一种可以引起过敏和其他健康问题的食品防腐剂。摄入含亚硫酸盐食品或饮料最容易引起的常见症状包括呼吸困难，呼吸急促，哮喘和咳嗽等。对这些物质敏感的健康者，亚硫酸盐有可能导致皮疹，恶心和胸痛等不良反应。有些人还会因为喝了包含亚硫酸盐的葡萄酒而导致面部出现特殊的红色。因此，必须设法尽可能降低水体中亚硝酸盐和亚硫酸盐的含量。光催化技术是有效去除亚硝酸盐和亚硫酸盐的途径之一，具有广阔的应用前景。

最近，Z型光催化系统引起了广泛的关注。Z型光催化材料体系是由电子传输介质、光还原剂和光氧化剂组成的双光子体系，其应用于光催化反应具有很大的优势，借助双光子激发过程，在不同光催化剂上分别完成氧化反应和还原反应，有效促进了光生电荷的分离和迁移。Z型反应体系中的光催化剂只需分别满足各自的光激发过程和对应的半反应，为光催化材料的选择和设计提供了很大的空间。光催化还原位点和氧化位点分别在两个光催化半导体上，还原和氧化过程相互分离，可以有效抑制逆反应的发生。同时，催化材料光还原剂中的光生空穴被来自光氧化剂中的光生电子复合，光催化体系的稳定性随之增强。Z型光催化材料体系，表现出了宽光谱响应，高稳定性，高光生载流子的分离效率，强氧化还原能力，具有广阔的应用前景。在众多光催化剂中NiGa₂O₄以其耐腐蚀性、无毒性和价格低廉的特点成为最有吸引力的声催化剂之一。但对于NiGa₂O₄作为光催化剂本身也有其不可克服的缺点和不足。由于它的禁带宽度(Eg＝3.54eV)较宽，因此只能吸收紫外光(λ<387nm)而被激发。遗憾的是太阳光中紫外光的成分相当低。Bi₂Sn₂O₇是继NiGa₂O₄之后的另一个卓越的半导体光催化剂，因其具有无毒、稳定、禁带宽度较小等优点被用于光催化反应中。但是对于单纯的NiGa₂O₄和Bi₂Sn₂O₇由于它们的光生电子和空穴对容易复合，所以光催化转化效率也很低。

发明内容