[发明专利]一种可磁分离的太阳光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可磁分离的太阳光催化剂及其制备方法，本发明通过先制备γ‑Fe₂O₃前驱体，然后用混合水热法制备γ‑Fe₂O₃/g‑C₃N₄/Bi₂WO₆前驱体，然后通过超声剥离、离心分离得到二维超薄Aurivillius结构的γ‑Fe₂O₃/g‑C₃N₄/Bi₂WO₆。本发明具有以下优点和有益效果：1)二维超薄Aurivillius结构可以抑制光生电子‑空穴对的快速复合，提高光催化剂的活性和光催化反应的转换效率；2)利用g‑C₃N₄催化剂修饰Aurivillius结构，调控材料的表面电子，拓宽光催化剂光谱吸收范围，有效地利用太阳光实现全波段光催化；3)有效地利用磁分离技术筛选分离，光催化剂易于回收再利用，避免二次污染，对于促进自然太阳光光催化技术应用，缓解能源危机以及加强环境治理具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及光催化领域，具体涉及一种γ-Fe₂O₃/g-C₃N₄/Bi₂WO₆复合型催化剂的制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是当前人类面临的重大挑战，利用光催化分解水制氢制氧、还原二氧化碳和降解有机污染物是光催化领域重要的研究热点。目前大部分的光催化剂仅具有波长较短的紫外光（约占太阳光强的4%）或可见光（约占太阳光强的48%）催化活性，不能最大限度的利用从紫外到近红外的太阳光全波段进行光催化。为了实现太阳光全波段光催化目标，光催化材料应该拓宽光催化剂光谱吸收范围和提高的光吸收效率与量子转换效率。为了能够有效地利用太阳光谱中的近红外光（约占太阳光强的44%），半导体的禁带宽度应该更小。

Bi₂WO₆的禁带宽度为2.1~2.8 eV，被认为是Bi基氧化物中具有最佳可见光催化活性的半导体催化剂。但对于近红外光催化，Bi₂WO₆还存在光吸收效率与能量转换效率较低的缺点，其主要原因是催化剂光生电子-空穴对在表面快速复合。Bi₂WO₆通过结构优化、表面修饰改性和材料复合可以抑制光生电子-空穴的快速复合，提高近红外光催化效率。

类石墨相氮化碳 g-C₃N₄具有优异的可见光反应又不具备毒性，尤其是其独特的二维超薄类石墨烯结构，它的量子限域效应和表面效应使带隙变窄，能够吸收从紫外光到可见光波段光谱，使其成为一种新型热门的光催化材料。若将g-C₃N₄改性或复合其他材料，可以以微小的调节使 g-C₃N₄的结构不同从而来改变其活性的差异。近红外光响应范围也是g-C₃N₄光催化提升的一个重要方向，而经过大量研究表示对其进行改性可达到扩大波长响应范围的要求，也可以阻碍g-C₃N₄进行催化时出现的光生电子-空穴对的重新合成，使光催化效率升高。

将磁性材料和光催化剂有效复合，制得可磁分离的光催化剂复合材料。可以实现光催化剂的有效回收再利用，减少光催化剂二次污染。磁分离提供了一个极其方便的回收利用催化剂的方法，通过外加磁场能够迅速分离催化剂并进行回收利用，而不需要进一步的处理，明显提高其回收效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种可磁分离的太阳光催化剂，该光催化剂为二维超薄Aurivillius结构的γ-Fe₂O₃/g-C₃N₄/Bi₂WO₆复合材料，同时提供了一种制备该光催化剂的方法。