[发明专利]一种复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元g‑C₃N₄/MoS₂/ZIF‑8复合光催化剂及其制备方法，所述方法包括：(1)一锅法合成g‑C₃N₄/MoS₂二元复合物：按照质量比为1:0.625:3.3称取钼酸钠，硫代乙酰胺，尿素，混合均匀后，加入乙醇水溶液中，然后转移至反应釜中，在200℃下微波反应12‑36h，自然冷却到室温。离心分离，水洗醇洗，干燥，即可得到g‑C₃N₄/MoS₂复合物；(2)浸渍法制备g‑C₃N₄/MoS₂/ZIF‑8：按照质量比为1:2:(0.36～1.44)称取六水合硝酸锌、2‑甲基咪唑、g‑C₃N₄/MoS₂复合物，分散于甲醇中，继续搅拌浸渍12h后，离心分离，洗涤，干燥得到g‑C₃N₄/MoS₂/ZIF‑8可见光催化剂。本发明制备的复合光催化材料在水中稳定性好，催化效率高，对亚甲基蓝有很好的降解效果，90min内降解了99％。本发明所制备的光催化剂，在降解有机颜料方面具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体来说是一种复合光催化剂。

背景技术

能源和环境问题是当今社会面临的两个严峻的问题，严重制约了社会的发展。在众多技术手段中，光催化因其能耗低、环境友好、效率高的特点而被认为是解决能源和环境问题最有前景的方法。金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属中心离子和有机配体通过自组装而形成的三维网状多孔材料。因其具有比表面积大，孔隙率高，稳定性好，拓扑结构可调等优点，因而被广泛研究应用于气体的分离与存储，药物传输，催化，发光材料等领域。光催化技术是一种高效的污染物降解新兴技术，可借助太阳光的力量，促进非自发反应的形成、安全无毒、反应条件温和、处理负荷不受限制和处理污染物不具有选择性等独特优势而在环保领域发挥着极大的魅力。但是，在水处理方面，光催化材料的有效催化降解过程中仅能在紫外光下进行，极大地制约了光催化材料的应用，且提高了催化降解的成本。大多数MOFs的能带间隙较宽，导致它只能吸收占太阳光总量约5％的紫外光，这使它在实际应用中受到了很大的限制。事实上，在太阳光辐射中，红外以及近红外光辐射占到了53％。因此，在光催化中，如何充分利用太阳光中的红外和近红外光具有很大的研究价值。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种碳基材料，具有制备原料来源广，价格便宜，制备方法简单且易于工业化等特点。作为可见光催化剂其具有可调的电子结构和良好的物理和化学稳定性。由于它的禁带宽度为2.70eV，能够被可见光激发，可以吸收可见光分解水制氢。然而，g-C₃N₄也有很多缺点影响了其光催化性能的提高，特别是较高的电子空穴复合率，严重降低了其光催化效率，对于改善g-C₃N₄光催化性能，提高其电子空穴分离率一直是该领域研究的重点。

MoS₂是具有金属光泽的二维黑色金属硫化物。它由两层S原子和一层Mo原子层组成，Mo原子层为中间层，由于MoS₂的特殊结构，载流子在其中的传输速率极快，且其能带宽度范围在1.2-1.9eV，使其可以吸收更多的太阳光，对太阳光有着极高的利用率。它具有优异的电学及光学特性，目前已广泛应用于微电子器件、太阳能电池等领域。MoS₂光催化反应的活性位点位于层状结构中裸露的S-Mo-S层的边缘。MoS₂导电性较差，且倾向于层层堆叠减少了边缘裸露活性位点的数目，从而降低了其光催化活性。解决这一问题的办法之一就是将MoS₂分散在合适的模板材料上，制备具有高硫、多边缘的MoS₂材料。