[发明专利]碘氧化铋/氧化锌复合材料及其制备方法与在压电-光催化去除有机污染物中的应用

说明书

本发明公开了碘氧化铋/氧化锌复合材料及其制备方法与在压电‑光催化去除有机污染物中的应用；将旋涂氧化锌晶种溶液的导电基底退火处理后加入前驱体溶液中，反应后得到氧化锌纳米棒阵列（ZnO NRs）；将氧化锌纳米棒阵列加入碘氧化铋前驱体溶液中，反应得到碘氧化铋/氧化锌复合材料（BiOI/ZnO NAs）。将本发明纳米复合材料放入含有双酚A的水溶液中，避光吸附半小时后用超声和可见光共同作用，实现水中有机污染物的去除，在压电‑光催化降解90分钟后，水溶液中的双酚A几乎完全降解。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料及压电-光催化技术领域，具体涉及一种一维氧化锌纳米棒阵列和二维碘氧化铋纳米复合材料的制备方法及其在压电-光催化有效去除水体污染物中的应用。

背景技术

环境污染和破坏以及清洁能源短缺是目前全球面临的最严重的问题。如何有效绿色处理环境污染成为全球研究热点。光催化技术是这方面的一个重大进展，它是一种可持续、无害和经济上可行的先进技术。这一技术可以利用来自太阳的取之不竭的、安全的和清洁的能量。此外，氧化锌由于宽带隙表现为紫外响应，这大大减少了对太阳光的利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种对可见光响应的复合材料复合材料，通过超声-光催化协同作用快速有效降解水体中的污染物。以双酚A作为目标有机污染物研究本发明制备的复合材料的催化性能。本发明公开的碘氧化铋/氧化锌复合材料，在外力作用下，在其内部形成电场，有效分离自由载流子，抑制载流子的复合，实现在无光条件下的催化降解有机污染物，通过光催化协同压电催化提高降解性能，在外力和光的共同作用下，材料受激发产生光生电子空穴对，通过压电内电场时被快速有效分离，光催化性能得到增强；具有化学稳定性、高反应活性和压电性，在光催化和压电催化领域具有优异的应用价值。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

碘氧化铋/氧化锌复合材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）将旋涂氧化锌晶种溶液的导电基底退火处理后加入前驱体溶液中，反应后得到氧化锌纳米棒阵列（ZnO NRs）；

（2）将氧化锌纳米棒阵列加入碘氧化铋前驱体溶液中，反应得到碘氧化铋/氧化锌复合材料（BiOI/ZnO NAs）。

本发明公开了有机污染物的降解方法，包括以下步骤：

（1）将旋涂氧化锌晶种溶液的导电基底退火处理后加入前驱体溶液中，反应后得到氧化锌纳米棒阵列（ZnO NRs）；

（2）将氧化锌纳米棒阵列加入碘氧化铋前驱体溶液中，反应得到碘氧化铋/氧化锌复合材料（BiOI/ZnO NAs）；

（3）将碘氧化铋/氧化锌复合材料置入含有有机污染物的溶液中，在超声和光照的共同作用下，实现有机污染物的降解。

本发明中，步骤（1）中，氧化锌晶种溶液由锌盐水溶液、胺化合物水溶液组成，优选的，锌盐水溶液的浓度为（0.14～0.15）g/mL，胺化合物水溶液的浓度为（0.07～0.071）g/mL；前驱体溶液由水溶性锌盐、胺化合物、水组成，优选的，水溶性锌盐、胺化合物、水的质量比为（0.74～0.75）∶（0.35～0.36）∶100。本发明氧化锌晶种溶液、前驱体溶液的原料一样，但是浓度不同。其中，水溶性锌盐为六水合硝酸锌，胺化合物为六亚甲基四胺。

本发明中，步骤（1）中，导电基底为氧化铟锡（ITO）玻璃；退火处理为空气气氛下于300～350 ℃保温10～35分钟，升温速率为4～6℃/min，优选为空气气氛下于320 ℃保温30分钟，升温速率为5 ℃/min；反应为80～120℃反应5～9h，优选为90℃反应6 h。

本发明中，步骤（2）中，碘氧化铋前驱体溶液由水溶性铋盐、碘盐、有机溶剂组成，优选的，水溶性铋盐、有机溶剂的用量比为（48～49）mg ∶40 ml；水溶性铋盐、碘盐、有机溶剂分别为五水硝酸铋、碘化钾、乙二醇甲醚。