[发明专利]水净化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种水净化复合材料，其包括基底以及依次层叠在基底上的第一二维材料层和第二二维材料层，其中，第一、第二二维材料层的材质不相同，可分别选自黑磷、石墨烯、氧化石墨烯、石墨炔、过渡金属硫族化物，过渡金属氧化物和过渡金属碳化物中的一种；第一二维材料和第二二维材料的带隙为0.3～4eV；第二二维材料的价带与导带均分别高于或均分别低于第一二维材料的价带与导带。该水净化复合材料的比表面积较大，能利用收从紫外波段到远红外波段的太阳辐射，产生较多的分离载流子，且载流子的迁移率较高，避免了载流子的复合，可以提高水净化效率。本发明还提供了该水净化复合材料的制备方法及应用。

技术领域

本发明涉及水净化技术领域，具体涉及一种水净化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，水污染问题日益突出。人体的很多健康问题都是由于喝了不洁净的水引起，因此，水净化成为关系人类健康的亟待解决的问题。

通常人们采用光触媒材料将太阳能转化为化学能而实现水净化。而传统的光触媒材料，如：TiO₂、ZnO等带隙过宽，只能吸收太阳光的紫外光波段，对太阳能的利用率较低，杀菌效果较差。后来，人们采用有机染料敏化以及量子点敏化技术拓展光触媒的光谱响应范围，光催化效果有一定的提升，但有机染料和量子点具有潜在环境危害，且有一定毒性。另外，水净化过程中对污染物的降解通常只在净水材料的表面上进行，而传统的净水材料的比表面积较低，对污染物和有害细菌的吸附较低，因此，水净化速率较低。此外，传统的净水材料中，载流子在传输过程中容易发生复合，降低其光化学反应的量子效率。

因此，有必要提供一种宽波段响应、高载流子迁移率、高比表面积的水净化材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水净化复合材料，所述水净化复合材料包括基底以及依次层叠在基底上的两种二维材料，所述水净化复合材料对太阳光的利用率较高，水净化效率较高，降低了水净化的成本。

第一方面，本发明提供了一种水净化复合材料，所述水净化复合材料包括基底以及依次层叠在所述基底上的第一二维材料层和第二二维材料层，其中，所述第一二维材料层和第二二维材料层的材质分别选自黑磷、氧化石墨烯、石墨炔、碳纳米管阵列、富勒烯阵列、过渡金属硫族化物，过渡金属氧化物和过渡金属碳化物中的一种，且所述第一二维材料层与第二二维材料层的材质不相同；所述第一二维材料和第二二维材料的带隙为0.3～4eV；所述第二二维材料的价带与导带均分别高于或均分别低于第一二维材料的价带与导带。

本发明中，组成所述净水复合材料的两种二维材料在接触界面处形成平面异质结，它们的带隙可在较宽范围内(0.3～4eV)进行调控，可以吸收从紫外波段到远红外波段的太阳辐射，在光激发下在界面处生成电子空穴对，并进行有效的电荷分离，形成分离的载流子，分离的载流子分布在水净化复合材料的外表面及与水接触的表面，在正负两种载流子产生的电势作用下使水产生具有强氧化还原性的自由基和负离子，自由基和负离子可以降解有机污染物和杀灭有害细菌，从而最终达到了水净化的效果；组成所述净水复合材料的两种二维材料具有原子级的厚度，具有极高的载流子迁移率，可以高效地分离载流子，防止载流子的复合，提高对污染物的分解效率；所述水净化复合材料具有较高的比表面积，可以提供更多的反应活性位点吸附和降解污染物。

本发明中，所述第二二维材料的价带与导带均高于或均低于第一二维材料的价带与导带，这样所述第一二维材料和第二二维材料之间可以形成雪崩式能级排布，有利于电子和空穴的分离，形成分离的载流子。具体来说，可以是，所述第二二维材料的价带高于第一二维材料的价带且所述第二二维材料的导带高于第一二维材料的导带，也可以是所述第二二维材料的价带低于第一二维材料的价带且所述第二二维材料的导带低于第一二维材料的导带。