[发明专利]一种氮掺杂氧化亚铜光催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂氧化亚铜光催化材料及其制备方法。本发明通过水合肼在碱性条件下还原硫酸铜‑尿素混合物的方法获得了氮掺杂氧化亚铜光催化剂材料，操作简单，成本低廉，对有机污染物的光催化降解有着较高的光催化性能，为有机染料废水的治理提供了一个低成本，高回报的途径。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂氧化亚铜光催化材料及其制备方法。

背景技术

当今社会的可持续发展面临着人口膨胀，资源短缺，环境恶化等诸多问题，环境保护越来越受到大家都重视。合理地开发有限的资源，采取措施控制环境的恶化，并且有效利用现有的资源，实现“低能耗、低污染、高效益”的产业结构转变，缓解资源环境压力，促进人与自然的和谐发展。

目前对废水、废气的比较成熟的处理方式主要分为物理分离法、生物降解法和化学分解法等。其中常见的物理分离方法包括沉降法、絮凝法、过滤法、吸附法以及气提法等。虽然目前这些工艺的发展和实施已经很成熟，但仍然存在一些局限性。物理分离法仅仅是对污染物进行浓缩处理，并没有完全从环境中去除，又或者是将污染物从一种物相中转移到另一种物相里去，这样很容易产生二次污染。对于生物处理法而言，温度、pH值和污染物种类等因素会对生物降解产生很大的影响，处理效果不太理想；传统化学分解的方法是通过添加一些化学试剂，通过与污染物发生化学反应而使其发生降解或者是转化为对环境无害的其他物质，虽然有一定的优势，但由于化学反应的可逆性，仍不能将污染物完全分解。此外，这几种方法还具有能量消耗大，设备复杂难懂，容易带来二次污染等缺点。相比之下，半导体多相光催化污染控制技术具有明显的优势，因为这种方法操作简便，无二次污染，且具有高效节能、清洁无毒的特性，可以高效地将有机污染物分解转化成H₂O，CO₂，SO₄^2-，NO^3-，PO₄^3-和X^-等无机小分子或离子，从而实现有机物的完全无机矿化的目的。

在太阳光谱中，紫外光区的范围所占比例要低于5％，而可见光谱区占到43％，若是能够有效地利用太阳光，光催化材料的实际应用价值非常巨大，因而，廉价、环保且高性能的可见光光催化材料的制备将进一步推动光催化研发走向实用化。Cu₂O是一种典型的P型的半导体材料，其禁带宽度约是2.0eV，这可使Cu₂O很容易受到可见光地激发产生光生电子。而且作为光催化剂材料，Cu₂O不仅无毒，价格低廉，还可以强烈吸附分子氧，清除光电子，达到抑制光生电子-空穴对复合的效果。大量有关Cu₂O太阳能光电池的研究表明Cu₂O具有良好的可见光催化特性和很好的稳定性。基于以上研究结果，Cu₂O可以在太阳光的照射下进行光催化反应，是一种很有商业开发前景的环保型催化剂材料，而且在有机污染物的降解处理方面也得到了很好的利用，其重要性日渐突出。

虽然Cu₂O能够直接吸收可见光，也有很高的光电转化效率，但Cu₂O光电转化性能不易控制，存在不稳定因素。另外，Cu₂O容易发生光腐蚀现象，光催化活性受到很大影响。

发明内容

本发明的目的在于：针对以上问题，提供一种氮掺杂氧化亚铜光催化材料及其制备方法，通过非金属元素的N掺杂和与对Cu₂O进行改性，以求提高Cu₂O的光催化活性。

本发明采用的技术方案如下：

一种氮掺杂氧化亚铜光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.向CuSO₄·5H₂O溶液中加入CO(NH₂)₂，混合均匀；