[发明专利]一种全光谱响应型催化剂材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种全光谱响应型催化剂材料及其制备方法和用途，所述催化剂材料的制备方法包括以下步骤：(1)将铋盐溶于还原溶剂，混合均匀后加入氧化石墨烯溶液，搅拌得到混合溶液；(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热进行反应，反应后经后处理得到复合物；(3)将步骤(2)得到的复合物在保护气氛下进行退火处理，得到全光谱响应型催化剂材料。本发明通过合理设计光催剂的结构以及组成，拓宽了光催化剂的应用条件，使制得的光催化剂在紫外、可见和红外波段都具有较高的光催化降解效率。

技术领域

本发明属于环境材料领域，涉及一种全光谱响应型催化剂材料及其制备方法和用途，尤其涉及一种基于石墨烯纳米复合材料的，在紫外光、可见光以及红外光照射下都具备高效降解污染物的能力的光催化纳米粉体。

背景技术

光催化降解技术能充分利用廉洁而“绿色”的太阳光来有效地降解各种无机和有机污染物，是解决目前全球性的环境恶化和能级危机的一个重要途经。光催化降解作为一种新的处理污染物的方法，具有以下优点：(1)完全矿化污染物，最终产物无毒(如CO₂和H₂O)；(2)在室温和常压下即可进行；(3)低能耗；(4)经济绿色。因此，自1972年Fujishima和Honda在n-型半导体电极上发现水的光电催化分解作用以来，基于氧化物的半导体材料，特别是二氧化钛，受到人们的广泛关注。

传统半导体材料的禁带宽度较大，对应的激发波长在紫外区和部分能量较高的可见光区。然而，在实际到达地表的太阳能辐射能量中，紫外成分不足5％，可见成分约45％，红外成分约50％，因此传统半导体材料的这一光催化特点严重限制了其在太阳光源条件下的光催化降解污染物效率，也影响到其在室内缺少紫外光源条件下的应用。从利用太阳能的角度出发，最经济的光催化剂应该是能同时利用太阳光中的紫外光、可见光和红外光，并且具有良好的稳定性。此外，传统半导体材料的光声电子-空穴极易复合，导致光量子效率降低，极大地限制了其降解污染物的效率。

因此，研制新型高效的紫外可见红外全光谱催化剂降解有机污染物已成为节能环保领域关键的科学和技术问题之一。

光催化剂的首要条件是能够产生电子-空穴对，并能通过电子传递介质有效地阻止电子和空穴的快速复合。石墨烯及其衍生物氧化石墨烯因其具有较好的导电性和机械性作为电子传递桥梁在光催化领域具有极大的应用前景。发展可以产生电子-空穴对的半导体和可以传递电子的石墨烯的纳米复合结构，是太阳光直接利用与催化领域的重要需求。

CN 104353449 A公开了一种石墨烯/钛酸铋光催化材料的制备方法，其采用氧化铋和四氯化钛为原料，去离子水和1,4-丁二醇为反应介质，得到钛酸铋的前驱物，后与氧化石墨烯水溶液混合在高压反应釜中加热反应得到石墨烯/钛酸铋光催化材料。然而该方法制备得到的催化剂只能在可见光下具有较好的催化活性，无法适用于全光谱条件；并且溶胶凝胶法制得的催化剂晶型较差，活性位点少，严重影响催化活性。

CN 102941080 A公开了一种石墨烯/氧化铋复合光催化剂及其制备方法，其主要特征是氧化铋光催化剂因其光生电子-空穴容易再结合，使其光催化活性降低，通过石墨烯在氧化铋光催化剂表面的修饰作用，可显著改善光生电子-空穴的分离，从而提高氧化铋光催化剂的光催化性能。但该方法制得的催化剂仍只能在可见光下具有较好的催化活性，无法适用于全光谱条件。

发明内容

针对现有光催化剂存在的无法在全光谱条件下保持良好的催化活性，催化活性较低的问题，本发明提供了一种全光谱响应型催化剂材料及其制备方法和用途。本发明通过合理设计光催剂的结构以及组成，拓宽了光催化剂的应用条件，使制得的光催化剂在紫外、可见和红外波段都具有较高的光催化降解效率。

所为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种全光谱响应型催化剂材料的制备方法，所述催化剂材料的制备方法包括以下步骤：