[发明专利]一维氧化铟中空纳米管/二维铁酸锌纳米片异质结复合材料及其在去除水体污染物中的应用

说明书

本发明公开了一维氧化铟中空纳米管/二维铁酸锌纳米片异质结复合材料及其在去除水体污染物中的应用。利用该材料进行催化反应时，中空纳米材料的空心腔和二维纳米片不仅可以减小体积扩散长度以加速电子‑空穴分离，而且还可以提供大的表面积和丰富的活性位点以促进污染物吸附和表面催化。与此同时，通过中空纳米材料的空心腔中的多次光散射或反射可以增加光的吸收和利用。此外，在管状基底上生长二维半导体纳米片构建的异质结光催化剂可以促进光生电子和光生空穴的有效分离，进而提高催化效率。在催化性能方面，In₂O₃@ZnFe₂O₄表现出对四环素的有效降解，且由于其展现的铁磁性，表现出便利且良好的分离效果，具有良好的循环使用性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料及光催化技术领域，具体涉及一种一维氧化铟中空纳米管/二维铁酸锌纳米片异质结复合材料的制备方法及其用于光催化有效去除水体中抗生素等有机污染物的应用。

背景技术

随着社会的高速发展，人类也正面临着可再生能源的短缺和越来越严重的环境污染问题。在各种环境污染问题中，水污染尤为严重，其原因在于生活污水及工业废水排放量大、成分复杂、难降解物质多。传统的处理方法包括物理沉降法、化学分解法和生物降解法等，普遍存在去除效果差、降解不完全、能耗较高和二次污染等问题。近年来，半导体光催化技术作为解决这些问题最有前景的技术之一，引起了人们的广泛关注。基于光催化技术的基本原理，即半导体光催化剂吸收光能，在光的激发下产生具有氧化还原活性的电子-空穴对，进而通过一系列化学反应将环境中的有毒有机污染物等分解成无毒的小分子，甚至彻底矿化为二氧化碳和水。金属氧化物半导体，如TiO₂和ZnO等，已被广泛用于光催化技术中。但是，如果作为光催化剂的半导体材料的带隙较大，那么它将无法充分地利用太阳光中可见光区的能量；而如果它的带隙过小，那么它的导带电子的还原能力或价带空穴的氧化能力就可能无法满足光催化反应的要求。因此，充分地利用太阳光的能量和具有合适的氧化还原能力这两者是相互制约的，在单一半导体的光催化体系中很难得到同时满足。并且，在单一半导体的光催化体系中，由光照产生的电子和空穴的复合也比较严重，这无疑会大大减弱光催化活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维纳米片负载于一维中空纳米管上的异质结复合材料（In₂O₃@ZnFe₂O₄）及其制备方法，所构建的复合材料可以在可见光的照射下实现对水体中四环素的有效降解去除。

研究发现，现有技术存在的利用太阳光的能量和具有合适的氧化还原能力矛盾、电子和空穴的复合比较严重的问题可以通过本发明半导体异质结的构筑来解决，在异质结内部，电子从能量高的催化剂组分转移到能量低的催化剂组分，而空穴则往相反方向转移，这样就促进了电子和空穴的迁移和分离；而异质结的构筑可以同时利用带隙较大的光催化剂吸收紫外光产生的强氧化能力和窄带隙半导体对可见光的有效吸收利用，从而大大增强光催化效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一维氧化铟中空纳米管/二维铁酸锌纳米片异质结复合材料（In₂O₃@ZnFe₂O₄），其制备方法包括以下步骤：

（1）以铟盐为原料，通过溶剂热法制备In模板；

（2）在空气气氛下煅烧In模板制备In₂O₃；