[发明专利]一种纤维素基钴氧复合磷酸银光催化异质结的制备方法

说明书

本发明属于可见光催化材料技术领域，具体涉及一种纤维素基钴氧复合磷酸银光催化异质结的制备方法。首先以纤维素为原料，2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸（AMPS）为单体，经自由基接枝共聚，得到改性纤维素，然后负载钴氧化物前驱体，再经高温退火，制得超细钴氧化物，最后与磷酸银复合，得到钴氧化物‑磷酸银（Co₃O₄/Ag₃PO₄）复合光催化材料。本发明制备的磷酸银复合ZIF‑67光催化材料，拓展了磷酸银的吸收光范围，降低能带宽度，提高光催化活性，减少磷酸银光腐蚀，改善其稳定性，优化了其对甲基橙的降解。

技术领域

本发明属于可见光催化材料技术领域，具体涉及一种纤维素基钴氧复合磷酸银光催化异质结的制备方法。

背景技术

随着工业的高速发展，人类正面临着严重的环境污染，在各种环境污染中, 最普遍、最主要和影响最大的是化学污染。光催化材料在光的激发下能将光能转变为化学能，有效分解污染物，且具有速度快、无选择性、深度降解的优点，被认为是解决环境污染问题的有效途径。

类沸石咪唑酯骨架化合物是一种新型的金属有机框架化合物，类沸石咪唑酯骨架化合物由于其骨架的多样性和新颖性以及较高的热稳定性和化学稳定性引起广大研究者的兴趣，拥有很大的应用前景。ZIF-67是一种钴金属有机框架材料，它是由钴离子和咪唑配体自组装而形成的配位聚合物，表面积大具有发达的微孔结构且热稳定性和化学稳定性高。四氧化三钴是一种黑色粉末，其结构属于立方晶系，具有独特的物理和化学性质，其物理化学性能受形貌、尺寸和结构影响较大，进而影响其应用性能。多孔的四氧化三钴可以增加有效接触面积从而有利于电子的传输。改性纤维素表面含有丰富的羧基基团,用改性纤维素作为分散剂制备二甲基咪唑钴ZIF-67不仅能利用纤维素的分散性减少二甲基咪唑钴ZIF-67的结晶絮聚，而且能提高Co₃O₄高催化活性晶面的暴露程度。

磷酸银是一种新型的半导体光催化材料，它具有较强的光催化氧化能力。近年来磷酸银由于其良好的可见光相应能力，较高的理论计算的量子效应以及优秀的光催化降解效率得到了广泛的关注。然而，在实际应用中其量子效应远低于其理论值，这是由于磷酸银具有缓慢表面反应动力学，较快的电子捕获，光生载流子复合严重。而且，磷酸银中的银离子能被光催化产生的光生电子还原成单质银，光稳定性较差。因此开发其他物质与磷酸银的复合光催化剂，进一步拓展磷酸银的吸收光范围，降低能带宽度，提高光催化活性，减少磷酸银光腐蚀，改善其稳定性对科研工作者来说意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素基钴氧复合磷酸银光催化异质结的制备方法。本发明制备的磷酸银复合ZIF-67光催化材料，拓展了磷酸银的吸收光范围，降低能带宽度，提高光催化活性，减少磷酸银光腐蚀，改善其稳定性，优化了其对甲基橙的降解。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纤维素基钴氧复合磷酸银光催化异质结的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）以纤维素为原料，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS为单体，经自由基接枝共聚，得到改性纤维素；

（2）然后在改性纤维素上负载钴氧化物前驱体，获得改性纤维素ZIF-67，再经高温退火，制得超细钴氧化物（具体为四氧化三钴），

（3）最后将获得的超细钴氧化物与磷酸银复合，得到钴氧化物-磷酸银Co₃O₄/Ag₃PO₄复合光催化材料。

进一步地，步骤（2）所述改性纤维素ZIF-67的具体制备方法为：将钴源，改性纤维素，溶解于无水甲醇，搅拌吸附；然后加入溶有二甲基咪唑的无水甲醇溶液，常温搅拌反应24 h后，最后用无水甲醇离心洗涤三次，烘箱中干燥，得到改性纤维素ZIF-67。