[发明专利]三维氮掺杂石墨烯/γ-Fe2

说明书

本发明公开了一种三维氮掺杂石墨烯/γ‑Fe₂O₃/Ag复合光催化剂，涉及光催化材料技术领域。所述复合光催化剂包括三维氮掺杂石墨烯/γ‑Fe₂O₃复合材料，及所述复合材料上负载的Ag纳米颗粒。本发明通过采用可见光响应的γ‑Fe₂O₃作为半导体光催化剂，以氧化石墨烯为载体，在氮掺杂及贵金属银沉积对其进行改性后，通过反应自组装得到具有三维结构的氮掺杂石墨烯/γ‑Fe₂O₃/Ag复合光催化剂，该催化剂具有更大的比表面积增强了吸附作用，且电子传输效率更高，能够有效地抑制光生电子‑空穴对的复合，同时具备磁响应性，易回收循环利用。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种三维氮掺杂石墨烯 /γ-Fe₂O₃/Ag复合光催化剂、制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的进步以及工业化的发展，能源资源日益贫乏，环境污染日益严重。作为一种取之不尽用之不竭的能源，太阳能在光诱导化学转变以及电力生产领域发挥着重要的作用，如光催化、太阳能光伏、催化制氢和能量存储等。碳基材料，诸如碳纳米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳量子点以及石墨状六方氮化硼(BN)等，已经为开发清洁和可再生能量转换和能量存储系统的材料开辟了新的前沿。光催化氧化技术作为一种廉价、绿色环保的有机污染物降解技术，有望成为解决能源与环境问题的有效方法。近年来，光催化降解技术在治理含有机物或重金属盐的废水方面也受到越来越多的关注。

自从1972年Fujishima和Honda首次发现单晶TiO₂电极上的光催化水分解后，半导体光催化技术作为一种能够将太阳能转化为化学能，并且降解水中和空气中污染物的有效方法，引起了广泛的注意与研究。研究表明，在紫外光 (UV)照射下，TiO₂是环境净化的高效光催化材料的首选，其具备长期稳定性、无毒性、成本低和环境友好性等优秀特性。然而TiO₂自身仍有一些不足之处严重影响其光催化性能，比如带隙过宽以及光生电子-空穴载流子的快速复合等。因此，寻求能够替代TiO₂的高效半导体光催化材料也一度成为国内外学者的研究热点。

为了实现上述目的，本领域技术人员从可见光的利用率、化学稳定性、材料成本及使用寿命、有无毒性及耐腐蚀性等多方面考察半导体光催化材料，选用Fe₂O₃替代TiO₂的半导体光催化材料。主要是由于Fe₂O₃的三种晶型结构(α、β、γ)中前两者具有较高的活性，而γ-Fe₂O₃具有磁响应性，因而作为一种易分离、便于回收的半导体材料，可以很好地应用于半导体光催化降解污染物的研究。为了有效地促进光催化过程中Fe₂O₃光生电荷的分离效率，本领域技术人员选用二维的石墨烯作为光催化材料的载体，但是，所获得的复合光催化剂的光催化活性并不理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，提供一种三维氮掺杂石墨烯/γ-Fe₂O₃/Ag复合光催化剂、制备方法和应用，通过采用可见光响应的γ-Fe₂O₃作为半导体光催化材料，以氧化石墨烯为载体，在氮掺杂及贵金属银沉积对其进行改性后，得到了具有三维结构的三维氮掺杂石墨烯/γ-Fe₂O₃/Ag复合光催化剂，该催化剂具有更大的比表面积增强了吸附作用，且电子传输效率更高，能够有效地抑制光生电子-空穴对的复合，同时具备磁响应性，易回收循环利用。