[发明专利]一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种铜基异质结催化剂的制备方法及应用。本发明利用溶剂热法制备了具有丰富孔隙的空心球形CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;，然后以硫化钠为硫源，在水热环境中将部分CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;中的晶格氧取代，原位转化为CuCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;，形成界面连接紧密的CuCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;@CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;异质结，将其作为双功能催化剂用于光催化氧化降解DCF和还原Cr(Ⅲ)，解决了现有技术中的催化剂普遍存在的光生载流子分离效率差、光谱吸收范围窄的问题。

技术领域

本发明公开涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

由于染料、添加剂、农药、医药在工业生产、食品加工、种植、畜牧和水产养殖等领域被广泛使用，且使用过程中存在乱用、滥用现象严重，导致环境水体中有机污染物含量严重超标，这些具有较高的致畸性和致癌性的污染物通过直接接触或食物链富集进入人体后，时刻威胁着人类健康。由于大多数有机污染物具有极强的化学稳定性，在自然条件下很难发生自降解，采用生物处理和普通的物理方法处理不仅操作步骤复杂，也很难对其进行彻底分解。因此，迫切需要开发低廉、高效、绿色、环保的处理技术将高毒性、持久性有机污染物转化成无毒或低毒性物质。

太阳能作为一种清洁、可再生的自然资源，捕获并转化太阳能是解决能源危机和环境污染问题的最佳策略。其中，半导体光催化技术能够实现对太阳能的高效利用，具有对环境无二次污染，降解彻底，常温常压下反应的优势。如工业废水中常含有大量重金属离子，利用光催化反应能够将高价的Hg，Pt，Pb，Ag等重金属离子还原并沉积在催化剂的表面，既减少了重金属的污染，又可以将其进一步回收利用。环境废水中多种有机污染物(除草剂、杀虫剂、染料、抗生素、酚类等)都能利用光催化技术直接氧化分解为无毒无害的有机小分子、二氧化碳和水。含磷、含硫有机农药可以完全被无机化，生成相应的PO₄^3-和SO₄^2-。结构稳定的抗生素(四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类和氯霉素类)可以被直接矿化。利用光催化技术处理染料废水能大幅降低染料的色度，使水体的透光性增加，彻底降解染料分子中的苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质。然而，随着有机污染物成分趋于复杂化，数量和种类急剧增加，降解难度显著加大，对光催化剂性能的要求越来越高。

综上，半导体光催化技术具有可直接利用太阳能、降解彻底、无二次污染、常温常压下反应的优势，在环境净化领域展现出巨大的潜力。但光催化剂作为技术的核心，依然面临光谱响应范围窄，光生载流子分离效率低的问题，导致催化剂的实际催化能力远远低于其理论值，严重制约光催化技术的规模化应用。

发明内容

鉴于此，本发明公开提供了一种铜基异质结催化剂及其制备方法、应用，以解决现有催化剂普遍存在的光生载流子分离效率差、光谱吸收范围窄的问题。

第一方面，本发明提供了一种铜基异质结催化剂，所述催化剂为CuCo₂S₄@CuCo₂O₄复合材料。

优选地，所述CuCo₂S₄@CuCo₂O₄复合材料中，CuCo₂S₄与CuCo₂O₄的摩尔比为1:1，1:2，2:1或3:1。

第二方面，本发明提供了一种铜基异质结催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)利用溶剂热法制备空心球形CuCo₂O₄；