[发明专利]g-C3

说明书

本发明属于多功能材料领域，涉及g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/Fe/MoSsubgt;2/subgt;三元花状异质结材料及其制备方法和应用。双氰胺和硝酸铁的混合溶液干燥后一锅煅烧获得g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/Fe，后经硫代乙酰胺和钼源，在水热条件下进行复合得到具有花状形貌的g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;/Fe/MoSsubgt;2/subgt;三元花状异质结催化剂，硫化钼的存在使溶液体系变为适合光辅助Fenton反应的“酸性微环境”体系，也使Fesupgt;2+/supgt;到Fesupgt;3+/supgt;的得到更好的循环，进一步提高反应的活性。与此同时，催化剂独特的花瓣状结构提高了比表面积，使得有机污染物更容易和活性位点相接触，这极大地提高了其光辅助芬顿催化活性。

技术领域

本发明属于多功能材料领域，涉及g-C₃N₄/Fe/MoS₂三元花状异质结材料及其制备方法和应用。

背景技术

工业废水含有各种不可生物降解的高毒性污染物。特别是工业废水中的持久性有机污染物正在进入环境威胁着人类和野生动物的健康。传统的废水处理方法无法有效去除持久性有机污染物。为了解决这个问题，高级氧化工艺(AOP)比如臭氧化、芬顿反应和光催化等，都可以去除这些持久性有机污染物。

作为AOP之一，芬顿反应可以通过使用铁离子激活过氧化氢(H₂O₂)产生羟基自由基(·OH)。作为非选择性自由基，生成的·OH可以去除溶液中的大部分有机物。然而，传统的均相Fenton反应受到pH适应性窄、产生铁泥、H₂O₂利用率低等问题的严重限制。为了克服均相Fenton反应的不足，开发了使用固体催化剂的非均相Fenton反应。但一些难题如可见光利用率低和光生载流子的快速复合限制了光催化的发展。而如今结合芬顿和光催化形成一个协同光芬顿系统已被提出，以满足处理难处理废水的实际需求。光-芬顿耦合体系的特点是多相类芬顿反应和光催化，其中过渡金属(如Fe²⁺/Fe³⁺)出现在通过将过渡金属偶联到光催化剂上而制备的光-芬顿复合物的位点上。

近年来，g-C₃N₄作为一种无金属光催化剂，因其合成简单、成本低廉、光催化性能优异而被广泛应用于光催化析氢、二氧化碳还原和N₂固定等领域。然而，通过直接热裂解合成的块状g-C₃N₄由于其低表面积和低可见光利用效率而具有不令人满意的催化活性和有限的性能，也难以和金属铁复合形成令人满意的芬顿催化剂。

发明内容

针对目前环保材料的需要，本发明提供一种g-C₃N₄/Fe/MoS₂三元花状异质结材料及其制备方法和应用，其生产过程简单，适应性强，且便于回收再利用。金属铁元素以单原子状态与g-C₃N₄复合，形成稳定分散的单原子Fe-N4结构，不仅充分暴露Fe活性位点，而且促进Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原循环活性。与MoS₂纳米颗粒进一步复合，构建g-C₃N₄/Fe/MoS₂三元体系，使得在芬顿反应中形成“酸性微环境”，进一步提高反应的活性。与此同时，催化剂独特的花瓣状结构提高了比表面积，使得有机污染物更容易和活性位点相接触。本发明符合工业化生产的需要，在半导体光催化降解材料具有较大的工业化应用潜力。

为了实现本发明目的，所采用的技术方案为：