[发明专利]铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料及其制备方法与其在压电协同光催化去除有机污染物中的应用

说明书

本发明公开了一种铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料及其制备方法与其在去除有机污染物中的应用；通过垂直沉积法将单分散的聚苯乙烯微球自组装在FTO玻璃具有导电性的一面，制备三维有序的光子晶体蛋白石模板；将三维有序的光子晶体蛋白石模板浸入含有铑源、钛源、锶源的溶液中，再通过煅烧制备铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料；将铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料加入含有污染物的水中，然后光照和/或超声处理，完成水中污染物的去除。本发明的三维有序大孔铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料能够被应用在光催化领域，在外力作用下，材料自发极化所形成的内置电场能够有效分离光致载流子，从而能够增强光催化性能，提高光催化效率。

技术领域

本发明属于无机纳米材料及压电协同光催化技术领域，具体涉及一种对可见光响应的三维有序大孔铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料的制备方法及其在压电协同可见光催化降解水体中有机污染物的应用。

背景技术

随着工业化快速发展，污水排放量迅速增加，水污染问题越来越严峻。传统的废水处理方法通常具有能耗大，不能兼容环境的特点，因此需要寻求高效绿色的污水处理方法以治理环境。最近，已报道了许多安全有效、绿色环保的修复方法来消除水生环境中的有机污染物，包括物理吸附、化学氧化、生物降解等。在这些方法中，光催化降解因具有环境友好性高，效率高，成本相对较低，操作条件简便等优点，被认为是最有潜力的选择。

然而，一些单组分光催化剂在应用中存在着一些缺陷，例如较高的光生电子-空穴复合率，这导致了其较低的光量子效率和较低的光催化性能。钛酸锶（SrTiO₃）是一种钙钛矿型光催化材料，具有高稳定性、耐酸碱性好、光照后不发生阳极光腐蚀、来源丰富、安全无毒、低成本等优点，同时它也拥有优异的铁电、压电、光电等性能，因而被广泛研究。然而，钛酸锶的宽带隙仅能吸收太阳光中的紫外光，这极大地限制了它的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种对可见光响应的三维有序大孔反蛋白石材料，并且用相对廉价的过渡金属铑的氯化盐代替金、铂、钯等贵金属对钛酸锶进行微量的掺杂改性，解决了高昂的成本问题；同时本发明公开的材料能够通过压电协同光催化作用快速高效降解水体中的有机污染物。本发明的三维有序大孔铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料能够被应用在光催化领域，在超声等外力作用下，材料自发极化所形成的内置电场能够有效分离光致载流子，从而能够增强光催化性能，提高光催化效率。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

钛酸锶反蛋白石材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）通过垂直沉积法将单分散的聚苯乙烯微球自组装在FTO玻璃具有导电性的一面，制备三维有序的光子晶体蛋白石模板；

（2）将三维有序的光子晶体蛋白石模板浸入含有钛源、锶源的溶液中，再通过煅烧制备钛酸锶反蛋白石材料。

铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）通过垂直沉积法将单分散的聚苯乙烯微球自组装在FTO玻璃具有导电性的一面，制备三维有序的光子晶体蛋白石模板；

（2）将三维有序的光子晶体蛋白石模板浸入含有铑源、钛源、锶源的溶液中，再通过煅烧制备铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料。

一种催化去除水中污染物的方法，包括以下步骤：

（1）通过垂直沉积法将单分散的聚苯乙烯微球自组装在FTO玻璃具有导电性的一面，制备三维有序的光子晶体蛋白石模板；

（2）将三维有序的光子晶体蛋白石模板浸入含有铑源、钛源、锶源的溶液中，再通过煅烧制备铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料；或将三维有序的光子晶体蛋白石模板浸入含有钛源、锶源的溶液中，再通过煅烧制备钛酸锶反蛋白石材料；

（3）将铑掺杂钛酸锶反蛋白石材料或者钛酸锶反蛋白石材料加入含有污染物的水中，然后光照和/或超声处理，完成水中污染物的去除。