[发明专利]纳米花结构的硫化铟锌与钼酸铋纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米花结构的Zn₃In₂S₆与Bi₂MoO₆纳米片复合光催化剂的制备方法及其应用，该复合光催化剂是以水热合成法制备出三维的Zn₃In₂S₆纳米花结构，然后再通过二次水热的方法在Zn₃In₂S₆纳米花结构上引入二维的Bi₂MoO₆纳米片，从而构建出纳米花结构的Zn₃In₂S₆与Bi₂MoO₆纳米片复合光催化剂。本发明所得复合光催化剂在可见光的作用下展现了优异的光催化降解四环素性能，且其制备方法简单，易于操作，适合推广应用。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种纳米花结构的Zn₃In₂S₆与Bi₂MoO₆纳米片复合光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

环境污染已引起全世界的广泛关注，尤其是抗生素的污染，已经严重危害到生态系统以及人类的生存环境。抗生素滥用日益突出，不仅对水生生物产生慢性毒理效应，且易产生耐药性，降低人体免疫力，从而影响人类身体健康。四环素类抗生素具有价格低廉、广谱抗菌等特点，是目前使用最广泛、用量最大的抗生素种类之一，其作用原理是通过阻碍氨酰tRNA与核糖体结合位点的结合来抑制菌体蛋白合成，从而达到抑菌作用。与其它抗生素相比，四环素类抗生素在环境中更稳定，持久性强，难于降解，因而更易残留在环境中，主要是来自畜禽养殖业、医院和药厂排污等的排放。如何解决抗生素污染水体是众多科学家研究的热点之一。近几年，因半导体光催化是一种绿色、安全和无二次污染的技术，已成为解决水体污染的理想技术之一。

Bi₂MoO₆是钼酸铋中的γ晶型，同时也是钙钛矿层状结构的奥里维里斯(Aurivillius)化合物。Bi₂MoO₆与钼酸铋的α-Bi₂Mo₃O₁₂、β-Bi₂Mo₂O₉两种晶型相比具有优异的光催化性能。Bi₂MoO₆拥有适宜的带隙2.78 eV，其导带和价带位置为0.43 eV和3.21 eV（Chemical Engineering Journal, 2017, 316: 461-470.），以及镶嵌在[Bi₂O₂]²⁺层中的八面体片层MoO₆形成的特殊结构使光生电子运动不会有阶跃势垒而能快速转移，表现出优异的光催化性能，然而，Bi₂MoO₆光照时产生的电子与空穴容易复合，导致在光催化过程中的量子产率很低。因此，选择一种合适的半导体与其复合提高光生载流子的分离和转移效率，从而构建一种高效的复合光催化剂。Zn₃In₂S₆是一种三元硫族化合物，其带隙为2.81 eV，导带位置约为-0.9 eV，价带位置约为1.91 eV（ACS Applied Energy Materials, 2020, 3(11): 11275-11284），并具有良好的稳定性、环保、对可见光吸收强等优点，是一种理想的半导体敏化和复合的材料。综上所述，本发明结合半导体Bi₂MoO₆与Zn₃In₂S₆材料的优势，以及合适的导带、价带位置，构建纳米花结构的Zn₃In₂S₆与Bi₂MoO₆纳米片复合光催化剂，并应用于四环素的降解。

发明内容