[发明专利]一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法

说明书

本发明公开了一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，采用金属辅助化学湿刻的方法制备硅纳米阵列，然后通过旋涂、空气煅烧在硅纳米阵列上负载Co₃O₄纳米颗粒，同时采用H型电解槽为反应装置，以n‑SiNWs/Co₃O₄电极为光电阳极，p‑SiNWs/Co₃O₄电极为光电阴极，Ag/AgCl电极为参比电极，并采用氙灯光源对阴阳两极进行照射，形成一个光电化学催化反应器，可同步实现光电催化析氢与降解水中污染物。本发明的有益效果：SiNWs与负载的Co₃O₄可以形成异质结，促进光生电子空穴对的分离，进一步提高光电催化活性；n‑SiNWs/Co₃O₄光电阳极能活化PMS产生羟基自由基和硫酸根自由基降解有机污染物，对环境友好；污染物可以作为·OH捕获剂促进光诱导空穴的消耗，为p‑SiNWs/Co₃O₄光电阴极提供足够的光生电子，提高析氢效率。

技术领域

本发明涉及催化材料析氢技术领域领域，具体为一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法。

背景技术

随着工业社会的发展，人类不仅面临化石能源枯竭的危机，还面临着水资源污染问题。近几年由于抗生素在医疗与养殖业生产中的滥用与处理不足，导致抗生素分布广泛，产生超级病毒，这严重危害生态环境与人类的健康。因此人类迫切需要发展可持续发展的清洁能源如风能、氢能等，并降解水体中的抗生素，清洁水源。目前，光电催化制氢技术受到许多研究工作者的青睐，同时光电催化降解也因其降解过程简单、环境友好、降解性能好等优点受到研究者关注。然而现在众多研究仅仅关注两者之一，很少有研究者将两者结合起来共同研究。因此本发明设计一种同步实现光电催化析氢与降解水中污染物的处理方法，对于发展清洁能源，保护水环境，促进社会、经济和环境的可持续发展，具有重要的意义。

首先，针对光电催化技术的关键在于寻找光吸收性能好，带隙位置适合，催化性能优异的催化剂制备光电电极。因此寻找高效的，性能优异的催化剂至关重要。针对光电析氢技术，水解所需电位分别为为2H⁺/H₂(-0.41eV)，H₂O/O₂(+0.82eV)，因此寻找的催化剂的导带要比-0.41eV更负，价带要比0.82eV更正。硅纳米阵列材料具有较窄的带隙(-0.53eV/0.59eV)能够吸收更宽范围的太阳能光谱，具有大的比表面积，能够增强入射光的散射机率，从而能够提高光吸收效率。因此在太阳能光电催化领域具有很好的发展前景。但是，硅在光电催化制氢方面也存在着析氢过电位高，反应动力学缓慢，稳定性不足等问题。针对光电降解技术，Co₃O₄与过硫酸盐(PMS)的组合能够氧化还原电位较高的羟基自由基(E₀＝2.8eV)和硫酸根自由基(E₀＝2.5-3.1eV)用于降解抗生素。但是相关的研究存在不易回收，对水造成二次污染等问题。

因此，研发一种易于回收，光电催化活性高，稳定性良好，导带价带位置合适的光电催化材料对于同步实现光电催化析氢与降解水中污染物是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光电催化析氢同步降解水中污染物的方法，包括以下步骤：

(1)首先制备n-SiNWs/Co₃O₄电极与p-SiNWs/Co₃O₄电极；