[发明专利]一种纳米复合光热催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光热催化剂材料技术领域，具体公开一种纳米复合光热催化剂及其制备方法和应用。所述纳米复合光热催化剂包括：二维碳化钴纳米片和负载在所述二维碳化钴纳米片上的二氧化钛纳米颗粒；其中，所述碳化钴和二氧化钛的质量比为1:0.5～4。本发明制备的复合光热催化剂在可见光区和近红外光区均具有强烈的吸收，可有效利用太阳能，得到较高的光热转化效率，且催化剂的稳定性优越，在多次循环使用后仍保持较高的光热催化活性，实现了在可见光条件下、有氧环境或无氧环境中对芥子气或其模拟物的高效降解，能够更加有效地控制和消除芥子气，是一种适用于不同场景芥子气毒剂处置的光热催化剂，实际应用价值极高。

技术领域

本发明涉及光热催化剂材料技术领域，尤其涉及一种纳米复合光热催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术能够有效利用可再生的太阳能，因此，其在化学毒剂催化降解领域的应用也受到了广泛关注。2,2'-二氯二乙硫醚(俗称芥子气或HD)是一种剧危害巨大的糜烂性毒剂，被称为“毒剂之王”，由于芥子气为油性的氯代硫醚，对有机表面具有很强的渗透性及吸附性能，可导致皮肤、眼睛和呼吸道严重烧伤，甚至致人死亡。消除芥子气的一种有效办法就是将其氧化降解为无毒的二氯乙基亚砜。

传统的二氧化钛光催化剂能够实现对芥子气的光催化氧化降解，是目前光催化剂降解毒剂研究中使用最广泛的光催化剂。然而，TiO₂禁带宽度较宽(约为3.2eV)，很难利用占能量比例较大的可见光(占比40％)和红外光(占比55％)，大部分TiO₂光催化毒剂的降解依然主要依靠能量较高紫外光或短波蓝光(≤450nm)，极大地限制了其在毒剂消除领域中的应用。且目前研究主要是侧重模拟芥子气在自然水体、饮用水或其他有机溶剂的降解情况，但是，由于芥子气在空气中可以形成气溶胶，从呼吸道吸入相比从水体摄入对动物或人体的危害更大，因此，研究空气中芥子气或其模拟物的消除更具有实际意义。而且，溶剂介质的存在可以促进催化剂和芥子气或模拟物的充分接触，促进芥子气或其模拟物的降解，因此，将目前现有的的催化剂直接应用于空气中降解芥子气或其模拟物并不能达到很好的降解效果。因此，研发一种可在空气中以及可见光条件下催化降解芥子气及其模拟物的新型催化剂具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中目前普遍使用的降解芥子气及其模拟物的催化剂，无法在可见光条件下和空气中直接降解芥子气及其模拟物的问题，本发明提供一种纳米复合光热催化剂及其制备方法和应用，本发明通过制备碳化钴/二氧化钛复合材料，通过碳化钴和二氧化钛的协同作用，提高了催化剂对可见光的利用率，可在有氧或无氧条件的空气环境中在可见光下实现对芥子气及其模拟物的高效降解。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一方面，本发明提供了一种纳米复合光热催化剂，其包括：二维碳化钴纳米片和负载在所述二维碳化钴纳米片上的二氧化钛纳米颗粒；

其中，所述二维碳化钴纳米片和二氧化钛纳米颗粒的质量比为1:0.5～4。

相对于现有技术，本发明提供的纳米复合光热催化剂，通过二氧化钛和碳化钴之间的协同作用，拓宽了催化剂的吸收光谱范围，使得制备的催化剂在可见光区和近红外光区均具有优异的吸光性能，同时，通过碳化钴和二氧化钛的光热耦合作用，有效将太阳能转化为热能，提高对太阳能的利用率，从而提高对目标物的催化降解效率；且负载的TiO₂纳米颗粒与碳化钴纳米片形成肖特基异质结，有利于促进光生载流子的转移，降低光生电子和空穴的复合机率，从而提高可见光催化效率；另一方面，选择二维纳米片状碳化钴作为载体，它不仅能够提供较大的表面积用以负载二氧化钛纳米粒子，而且还能为电子的传递提供快速的传输通道，从而大大提高了光热催化活性和稳定性，循环使用多次后仍可保持较高的光热催化活性，具有较高的推广应用价值。

优选的，所述二氧化钛纳米颗粒为锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒。

优选的，所述二氧化钛纳米颗粒为球形，粒径为10nm～20nm。