[发明专利]一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2

说明书

本发明公开一种双Z型光催化剂NiO/NiFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;/Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;及其应用。采用固相化学反应法制备该催化剂：将Ni(OH)subgt;2/subgt;和Fe(OH)subgt;3/subgt;粒子分散在蒸馏水中，调节悬液的pH＝8‑11，继续搅拌30min后过滤，所得沉淀经干燥和研磨后转移到马弗炉中，在400‑600℃的条件下热处理1‑3h，得到光催化剂NiO/NiFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;/Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;。本发明中，NiFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;的引入不仅可以加速光生电子的转移，还拓宽了光催化剂的光响应范围，制备的双Z型光催化剂NiO/NiFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;/Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;应用于降解废水中的有机染料同时持续产氢，兼具很高的光催化降解和产氢活性。

技术领域

本发明属于光催化领域，尤其涉及一种双Z型光催化剂NiO/NiFe₂O₄/Fe₂O₃的制备及其在光催化降解废水中的有机染料为H₂O、CO₂和无机盐同时持续产氢中的应用。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，人类正面临着能源紧缺和环境污染这两个非常严峻的问题，一方面，人们生活水平的提高对能源的需求不断加大，但煤和石油等不可再生能源有限，急需发展可替代的再生能源。另一方面。随着印染工业的迅猛发展，使排入水体中的染料品种和数量也日益增多，由于工业用染料基本上都是有机染料，这类有机染料毒性大、色度深、难降解，其排入水体后会对人类社会造成严重的威胁。为了解决这两个问题，有研究人员利用光催化技术使废水中的有机物作为牺牲剂被降解的同时得到氢气作为清洁能源。

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术，光催化反应以其反应条件温和以及能直接利用太阳能转化为化学能的优势而备受科研人员的关注。光催化反应就是有催化剂参与的光化学反应，其基本原理是半导体光催化剂在光照条件下产生光生电子(e^-)和空穴(h⁺)，e^-可以将水中电离产生的H⁺还原为H₂，h⁺可以直接氧化并降解废水中的有机物。另一方面，h⁺可以氧化H₂O生成羟基自由基(·OH)，e^-可以捕获溶于水中的氧气(O₂)生成超氧自由基(·O₂^-)，随后生成的·OH和·O₂^-也可进一步降解废水中的有机物。最终，通过光催化反应，使有机染料矿化为无毒无害的H₂O和CO₂以及一些无机离子并同时持续产氢。

为了使降解同时产氢高效地进行，需要光催化剂同时兼具强的氧化和还原能力，一般符合此条件的单一半导体的太阳光利用率差，且自身的光生电子和空穴对容易复合，很难用于实际用途。研究人员为此构建了由两个匹配的半导体组成的Z型光催化体系，它一定程度上提高了太阳光的利用率、降低了光生电子和空穴的复合率、分离了氧化和还原位点，使光催化活性有所提高。但是单一Z型光催化体系的活性仍满足不了工业上的需求，需要对此进一步改进。

发明内容