[发明专利]一种热驱动催化剂及其应用

说明书

本发明涉及一种热驱动催化剂，该热驱动催化剂是由金属氧化物纳米结构和附着在金属氧化物纳米结构表面的同一金属量子点所构成的复合结构组成。所述金属氧化物纳米结构可以是尺寸为8‑5000nm的化学式为W₁₈O₄₉的氧化钨纳米线，所述金属量子点可以是尺寸为1‑10nm的钨量子点。本发明所述的热驱动催化剂可吸收红外辐射或者以热传递的方式吸收外界热量，并将所吸收的热量用于驱动催化水溶液中有机物的降解反应，其具有使用条件温和、无需达到特定的温度也能持续驱动降解反应、催化效率高、重复使用后催化性能仍能保持稳定等优点，可应用于污水治理、各类型易燃易爆有害物质的无害化处理等领域。

技术领域

本发明属于催化剂材料和污水治理技术领域，特别涉及一种热驱动催化剂及其应用。

背景技术

随着现代化工业生产技术的飞速发展，人类对于环境的破坏和污染问题也日益明显，特别是生产各类材料与商品过程中所产生的各类污水、有机和剧毒等副产物的污染问题日益突出，如何对这类副产物进行后续无害化处理成为了目前环境保护的重大难题。

基于绿色环保的理念，科学界纷纷提出各种处理化工副产物的手段和方法，主要可分为物理法、化学法、微生物法和光催化法。其中，光催化法被公认为是未来治理污水最环保的方法之一，深受广大学者与产业界人士追捧，这主要是因为它可以直接利用太阳光的能量即可对于有害物质进行有效降解处理，而且催化剂材料本身不参与反应，可重复多次循环使用，符合绿色环保的理念。

光催化领域的发展源自于日本科学家对于二氧化钛(TiO₂)光催化材料的研究，但二氧化钛只吸收紫外线的能量，而紫外线能量仅占太阳光全能量的5％，能量利用效率低。因此，学者们尝试通过改变材料结构，从而扩展光催化材料的光谱响应范围。目前光催化材料的光谱响应已从紫外线扩展到可见光区域，甚至近年来出现了扩展到红外波段的全太阳光谱响应的光催化材料的相关报道。虽然在光谱响应范围方面，光催化材料已经能对全太阳光谱具有吸收响应，但被光催化剂材料吸收后的大部分太阳能量都会变成热量被损耗掉，只有极小部分能量被利用于光催化反应，因此导致目前光催化剂的降解效率依然较低。

因此，发展一种能够利用太阳光辐射所产生的热量甚至是利用环境的热量即可降解污水中有机物的热驱动催化剂材料，不仅可大大提高传统光催化剂的光化学转化效率，还可在无光环境下，充分利用环境的热量对污水进行有效的处理，扩展催化降解有机物的应用领域。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种热驱动催化剂，其具有使用条件温和、无需达到特定的温度也能持续驱动降解反应、催化效率高、重复使用后催化性能仍能保持稳定等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种热驱动催化剂，该热驱动催化剂由金属氧化物纳米结构和附着在金属氧化物纳米结构表面的同一金属量子点所构成的复合结构组成。

本发明通过对金属及其氧化物材料的结构进行改良，设计出一种由金属氧化物纳米结构和同一金属量子点复合而成的热驱动催化剂。相对于传统的热催化剂，本发明所述的热驱动催化剂由于具有特殊的微观结构，仅靠室温环境中的热量即可实现催化作用，其使用条件温和、催化效率高、重复使用后催化性能仍能保持稳定，可用于污水治理、有害物质降解处理等领域，应用范围广。

进一步地，所述金属氧化物纳米结构的尺寸为8-5000nm，所述金属量子点的尺寸为1-10nm。

所述金属氧化物纳米结构可以具体为纳米线、纳米管、纳米棒或纳米微粒等中的一种或多种，因此由金属氧化物纳米结构和金属量子点所构成的复合结构也有多种形式。通过进一步限定金属氧化物纳米结构和金属量子点的尺寸在适宜范围内，能使所述热驱动催化剂表现出特定的量子尺寸效应、表面效应和体积效应，确保其具备优异的催化性能。