[发明专利]一种C/ZnO/BiOI三元复合光催化材料

说明书

本发明公开了一种C/ZnO/BiOI三元复合光催化材料。该材料制备采用如下步骤：1)称取一定量的乙酸锌于30mL蒸馏水中，加入一定量的葡萄糖，搅拌10min，加入一定量的聚乙二醇，用特定浓度的NaOH调节pH，搅拌30min后进行水热反应。冷却后，用去离子水和乙醇洗涤，经离心、烘干后，在一定温度的马弗炉里煅烧一定时间，得到ZnO/C光催化材料。2)取一定量Bi(NO₃)₃·5H₂O和KI于20ml乙醇中，剧烈搅拌下缓慢加入20ml蒸馏水，持续搅拌一定时间后减压过滤，使用蒸馏水洗涤沉淀并在特定温度下烘干，得到BiOI光催化材料。3)取一定量的C/ZnO、BiOI分别溶于20ml去离子水中，剧烈搅拌一定时间，将C/ZnO溶液滴加到BiOI中，超声一定时间，离心后在一定温度烘干，得到C/ZnO/BiOI光催化材料。本发明采用的合成方法流程简单，操作简便，无二次污染。合成的光催化材料具有形貌均一、性能优异等特点。本发明工作属于光催化材料领域。

技术领域

本发明涉及一种C/ZnO/BiOI三元复合光催化材料。

背景技术

ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ簇半导体氧化物，室温下禁带宽度为3.37eV，属于直接带隙半导体材料，具有良好的电气、机械和光学性能。ZnO广泛应用于光催化氧化技术，因其低成本、生物相容性和化学稳定性而备受关注。然而ZnO禁带较宽，仅能由紫外光激发光催化氧化反应，对太阳光的利用率仅有4％，且ZnO作为光催化材料，还存在着电子-空穴对复合速率快的问题，不能吸收太阳光谱的可见光部分，在半导体液体界面发生的降解较慢等缺点限制了其应用，为了解决ZnO的这些缺陷，人们进行了一系列的尝试。

研究发现，在ZnO中复合C，可以扩展ZnO光催化剂的吸收光谱范围。然而C/ZnO催化剂由于制备过程中C源可能会与ZnO发生作用，又或者过量的C源覆盖在氧化锌表面，阻止ZnO与降解目标物发生反应，导致光催化性能不够良好。而单一的BiOI光生电子空穴极易复合，影响光催化效率。鉴于以上催化剂有着各自的优点和不足，我们将C/ZnO和BiOI进行复合，形成复合型催化剂C/ZnO/BiOI，复合后异质结的形成大幅度提高了催化剂对光的利用率，并能够在组分之间产生电子转移，延缓电子-空穴对的复合，提高光催化降解有机物的速度和效率。在环境形势十分严峻的今天，研发高效的复合型光催化剂是迫在眉睫的，既有理论意义，又有实际价值。

2017年周伟等人在专利《一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料及其制备方法》中以无水乙醇、乙酸锌二水、乙醇胺、葡萄糖等为原料，通过控制其水热反应的时间和温度，从而能制得柿饼状核壳结构C/ZnO材料，其制备过程需要消耗大量的时间。需要在150～180℃下进行水热反应2～6h；在600～800℃煅烧2～6h以及400～600℃煅烧2～6h,最终获得C/ZnO锂离子电池负极材料。该方法存在操作复杂、流程繁琐、制备周期长等问题。

2020年梁秋群等人在文章《基于油茶果壳的C/ZnO复合材料制备及其在铅碳电池中的应用》中采用溶胶凝胶法制备油茶果壳C/ZnO复合材料，在材料的制备过程中，需要在鼓风干燥箱中干燥6h，并且需要在N₂氛围下600℃保温2h，制备的周期长，且溶胶凝胶法极易引入杂质，使制备得到的粉体不纯。

2016年刘俊莉等人在专利《一种雪花状ZnO/BiOI复合材料的制备方法》中，采用微波辅助水热法制备了花状ZnO纳米棒，在制备过程中用到了十二烷基硫酸钠。众所周知，十二烷基硫酸钠有毒性，对粘膜、呼吸道眼皮及皮肤有刺激性作用，能够引起呼吸系统过敏性反应。这一制备方法的安全生产性有待考察。

2018年袁鑫等人在专利《一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法及其应用》中采用沉淀-沉积法将ZnO与BiOI复合,制备得到ZnO/BiOI异质结光催化剂，这一方法不易控制沉淀的位置，且有重复性差、生成的颗粒较大、均匀性低的缺点。